моделирование процессов деформации и разрушения

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ
СТРУКТУРИРОВАННЫХ СРЕД В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ УСЛОВИЙ
НАГРУЖЕНИЯ
Основатель
Горохов Михаил Семенович (1909-1994 гг.), д.техн.н., профессор, заслуженный
деятель науки и техники РСФСР, почетный академик Российской академии ракетноартиллерийских наук.
Руководитель научно-педагогического коллектива
Платова Татьяна Миновна, д.физ.-мат.н., профессор, почетный работник высшей
школы РФ.
Факультет, кафедра (лаборатория)
Физико-технический факультет, кафедра теории прочности и проектирования;
механики деформируемого твердого тела.
Направления научных исследований научно-педагогического коллектива
– Моделирование процессов деформации и разрушения структурированных сред в
широком диапазоне условий нагружения.
– Экспериментальное и теоретическое моделирование процессов деформации и
разрушения конструкционных материалов в условиях ударного и взрывного
нагружения.
– Экспериментальные
и
теоретические
исследования
закономерностей
высокоскоростного взаимодействия космических объектов.
По рубрикатору ГРНТИ
29.03.77 – Моделирование физических явлений и методы решения физических задач с
применением.
По рубрикатору ВАК
01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела.
Направления подготовки инженеров, бакалавров и магистров
071100 – Динамика и прочность машин.
121000 – Конструирование и производство изделий из композиционных материалов.
553100 – Техническая физика.
553300 – Прикладная механика.
Состав коллектива
Всего – 16, в том числе:
докторов наук – 6,
кандидатов наук – 10.
Ведущие представители коллектива
Макаров Павел Васильевич, д.физ.-мат.н., профессор.
Люкшин Борис Александрович, д.физ.-мат.н., профессор.
Псахье Сергей Григорьевич, д.физ.-мат.н., профессор.
Кульков Сергей Николаевич, д.физ.-мат.н., профессор.
Скрипняк Владимир Альбертович, д.физ.-мат.н., профессор.
История становления научно-педагогического коллектива
Профессор М.С. Горохов заложил основу большого числа научных направлений.
Трудами М.С. Горохова, его учеников - аспирантов, научных сотрудников спецотдела
ТГУ, преподавателей физико-технического факультета в военные и послевоенные
годы в Томском университете сложилась известная в стране школа баллистиков.
Признанием заслуг Томской школы явилось избрание в 1948 году научного
руководителя школы Михаила Семеновича Горохова членом-корреспондентом
Академии артиллерийских наук. Михаил Семенович читал на факультете ведущий
курс внутренней баллистики несколько семестров. Его лекции не были из года в год
повторяющимися одинаковыми разделами большого курса. Он искал новые решения
задачи и вызывал у студентов желание пытаться вместе с ним, лектором, подойти к
решению проблемы. Михаил Семенович умел прекрасно сочетать в себе качества
глубокого теоретика, оригинального конструктора уникальных приборов и сложных
экспериментальных установок. Он учил студентов и аспирантов не бояться
трудностей, возникающих при постановке сложных экспериментов и при разработке
новых методов и инженерных методик решения сложных задач оборонной техники. В
1940 году М.С. Горохов был назначен директором НИИ математики и механики. Это
явилось признанием его выдающихся успехов в науке, заслуг в организации научной
работы молодых сотрудников, специализирующихся в области внутренней
баллистики. Это было началом зарождения Томской школы баллистики.
Еще одно ценнейшее наследие Михаила Семеновича  его многочисленные
ученики, работавшие и работающие в отраслевых и вузовских НИИ, вузах,
конструкторских бюро оборонных предприятий Сибири, центра России и Украины: в
Томске, Новосибирском академгородке, в Юрге и на Новосибирском заводе
измерительных приборов, в Бийске, Красноярске, Перми и Свердловске, в
Челябинске, Ижевске, Ленинграде, в Москве и Подмосковье. Среди его учеников
известные ученые и организаторы науки  профессор Петр Степанович Соломин,
первый заведующий Кафедрой теории упругости, легендарная личность на
факультете. Пришел на 1 курс с фронта с двумя ампутированными ногами. Это 
факультетский Маресьев, блестяще защитивший кандидатскую и докторскую
диссертации под руководством профессора Горохова.
Под руководством профессора П.С. Соломина начались исследования прочности
элементов конструкций летательных аппаратов и в машиностроении, подверженных
динамическим нагрузкам и высокотемпературному нагреву. Благодаря усилиям
П.С. Соломина в Томском государственном университете была заложена основа
научного направления исследования высокоскоростной деформации материалов и
динамической прочности конструкций, а также по решению фундаментальных
проблем теории упругости, термоупругости, теории пластичности.
Профессор М.С. Горохов был научным руководителем кандидатской
диссертации Т.М. Платовой. Диссертация была посвящена исследованию
погрешностей штатного метода измерения давлений, применяемого в артиллерийской
технике, и разработке нового метода упругих сферических крешеров. Разработанный
в диссертации новый метод измерения давления получил высокую оценку после
проведения успешных лабораторных и полигонных испытаний, разработанных
конструкций приборов в области давлений до 6 тысяч атмосфер и был рекомендован к
внедрению. По заказу артиллерийского научно-технического комитета Главного
ракетно-артиллерийского управления в Томском университете в экспериментальных
мастерских СФТИ, а затем НИИ ПММ было изготовлено 200 приборов, которые были
направлены на различные предприятия машиностроения, где успешно используются
при проведении опытно-конструкторских поисковых работ в качестве эталонного
метода измерения максимальных давлений. Метод был внедрен в лаборатории
высокоскоростного метания АНИИХТ, НИИ ПММ, на Юргинском маш. заводе,
Новосибирском заводе измерительных приборов; применялся при разработке систем
легкогазовых установок в Ленинградском физико-техническом институте им. акад.
А.Ф. Иоффе, Московском центральном научно-исследовательском институте химии
материалов; использовался как эталонный метод измерения наибольших давлений до
15 тыс. атмосфер.
В
докторской
диссертации
Т.М. Платовой
обобщены
результаты
экспериментальных исследований процесса высокоскоростного удара по массивным и
тонким преградам при широкой вариации условий соударения: материалов
соударяющихся тел, скорости встречи, температуры преграды. При проведении
экспериментов использовались установки, сообщающие моделям скорости до
3000 м/сек. Процесс соударения регистрировался с помощью импульсного
рентгенографирования и высокоскоростного фотографирования камерами СКС.
Анализ экспериментов проводился с использованием данных рентгеноструктурного и
металлографического методов исследования.
Принципиально новым и представляющим для проектирования защиты
летательных аппаратов является разработанный в диссертации метод моделирования
процесса деформации и разрушения защиты летательных аппаратов на пределе
разгерметизации, а также предложенные коэффициенты корреляции при переходе от
массивных защит к тонким экранам. Применялся комплексный подход к решению
задачи высокоскоростного соударения тел, использовались различные методы:
моделирование, металлографические и рентгеноструктурные исследования области
деформации и разрушения, проверка результатов расчетов по модельным
экспериментам натурными испытаниями. В итоге в НИИ ПММ и на кафедре
прочности и проектирования ФТФ получили развитие основные принципы
физического и математического моделирования процесса высокоскоростного
взаимодействия. В Томском университете сложилась известная в России и за рубежом
школа
фундаментальных
исследований
динамических
задач
механики
деформируемого твердого тела с высоким научным потенциалом и уникальной
экспериментальной базой НИИ ПММ.
Исследования посвящены математическому и физическому моделированию
упруго-пластической деформации и разрушения. Изучению микроструктурных
превращений в средах со структурой при высокоэнергетических воздействиях;
разработке алгоритмов двумерных и трехмерных задач динамики и разрушения
сплошных сред с учетом пористости и кинетики накопления повреждений в процессе
высокоскоростного деформирования; построению микродинамической теории
пластичности и разрушения, использующей физические представления в процессах,
развивающихся на разных структурных уровнях.
В настоящее время в рамках школы интенсивно развивается направление по
компьютерному моделированию процессов деформации материалов со структурой.
Научная школа объединяет специалистов, работающих на кафедрах теории
прочности и проектирования, механики деформируемого твердого тела Томского
государственного университета, в лабораториях Института физики прочности и
материаловедения СО РАН, НИИ прикладной математики и механики.
Основные научные результаты, полученные в течение последних пяти лет
Разработана методология, модели физической мезомеханики для компьютерного
конструирования материалов.
Разработаны принципы получения дисперсно-упрочненных керамических и
металлокерамических композитов со структурно-неустойчивыми связками и методы
управления их свойствами, созданы новые материалы для технологического
инструмента, проведены их испытания.
Разработаны модели и численные методы для расчета высокоскоростного
взаимодействия деформируемых твердых тел.
Патенты:
Патенты РФ №№ 2165473, 2164260.
Важнейшие публикации членов коллектива
Монографии – 3, статьи – 163, в т.ч. в центральных журналах – 74.
1. Kloss H., Dmitriev A.I., Shilko E.V., Psakhie S.G., Santner E. Computer-aided indentation
technique to design ceramic and coated wear protected materials // J. Mater. Sci. Technol.
2000. Vol. 17, № 6. P. 511516.
2. Kulkov S.N., Mironov Yu.P. In-situ study of stress-induced martensitic transformation in
TiNi // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2000. V. A448. P. 267–275.
3. Kulkov S.N., Sablina T.Yu., Savchenko N.L. Vacuum sintering of zirconia based ceramics //
Advanced Sci. and Technol. of Sintering. Kluwer Academic. Plenum Publishes. 1999.
P. 225–230.
4. Makarov P.V., Schmauder S., Cherepanov O.I., Smolin I.Yu., Romanova V.A., Balokhonov
R.R., Saraev D.Yu., Soppa E., Kizler P., Fischer G., Hu S., Ludwig M. Simulation of elastic
plastic deformation and fracture of materials at micro-, meso- and macrolevels // Theoret.
Appl. Fract. Mech. 2001. Vol. 37, № 1–3. P. 183–244.
5. Physical mesomechanics and Computer Aided Design of Materials / Cambridge, UK.
Vol. 2. 1999.
6. Platova T.M., Zelepugin S.A. Numerical simulation AD 995 ceramics under dynamic
loading // In: Y Russian-Chinese International Symposium Advanced Materials &
Processes. Baikalsk, Russia. 1999. P. 127128.
7. Skripnyak V.A., Skripnyak E.G. Computer Modeling of Mechanical Behaviour of
Constructional Ceramics under Shock Loading // New Models and Numerical Codes for
Shock Waves Processes in Condensed Media. 1997. Oxford, UK: AWE HUNTING BRAE,
1997. P. 2636.
8. Skripnyak V.A., Skripnyak E.G., Zhukova T.V. Computer Simulation of short shock pulses
propagation inceramic materials // Bulletin of the American Physical Society, June 2001.
Vol. 46, № 4. P. 53.
9. Люкшин Б.А., Герасимов А.В., Кректулева Р.А., Люкшин П.А. Моделирование
физико-механических процессов в неоднородных конструкциях. Новосибирск: Изд-во
СО РАН, 2001. 272 с.
10. Skripnyak V.A., Skripnyak E.G., Zhukova T.V. Dependence of the Longitudinal Velocity of
sound in constructional Ceramic material on Pressure and damage rate // Combustion,
Explosion and Shock Waves. 2001. Vol. 37, № 5. P. 600606.
11. Макаров П.В., Романова В.А., Балахонов Р.Р. Моделирование неоднородной
пластической деформации с учетом зарождения локализованных пластических
сдвигов на границах раздела // Физическая мезомеханика. 2001. Т. 4, № 5. С. 2939.
12. Платова Т.М., Белов Н.Н., Коняев А.А. и др. Моделирование ударно-волнового
прессования порошковой керамики на баллистическом стенде // ПМТФ. 1997, Т. 38,
№ 1. С. 4350.
13. Платова Т.М., Белов Н.Н., Югов Н.Т. и др. Компьютерное моделирование поведения
материалов при ударно-волновом нагружении // Изв. РАН. Механика
деформируемого твердого тела. 1998, № 5. С. 115121.
14. Платова Т.М., Скрипняк В.А., Каракулов В.В. Об особенностях распространения
ударных волн в гетерогенных средах с прочностью // Вычислительные технологии.
1995. Т. 5, № 11. С. 200206.
15. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: В 2 т. / Под
ред. акад. В.Е. Панина. Новосибирск: Наука, 1995.
Участие в течение последних трех лет в
научно-технических программах
федеральных – 2:
НТП «Новые материалы» (№ 07.08.00400.М);
НП «Университеты России» (1999 г.).
Межвузовских – 4.
Победы в конкурсе грантов – 5:
3 – РФФИ (№№ 98-01-00293, 97-01-00218, «СИБИРЬ» 98-05-03190);
2 – Минобразования России.
Подготовка кадров высшей квалификации за последние девять лет
Всего аспирантов – 21. Всего докторантов – 6.
Защит докторских – 6. Защит кандидатских – 17.
Общественное признание научно-педагогического коллектива
Международные и государственные премии, научные медали
Платова Т.М. – медаль акад. С.П. Королева (1993).
Почетные звания
Платова Т.М. – почетный работник высшей школы РФ (1998), звание «Изобретатель
СССР».
Связь с другими организациями
Российская академия наук
Институт теоретической и прикладной механики СО РАН (г. Новосибирск),
Институт химической кинетики и горения СО РАН (г. Новосибирск),
Институт теплофизики СО РАН (г. Новосибирск),
Институт гидродинамики СО РАН (г. Новосибирск),
Институт химии нефти СО РАН (г. Томск),
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск),
Институт механики УРО РАН (г. Ижевск),
Институт структурной макрокинетики РАН (г. Москва),
Институт химической физики РАН (г. Москва),
Институт проблем механики РАН (г.Москва),
Институт механики сплошных сред УРО РАН (г. Пермь),
Институт проблем химической физики РАН (г.Черноголовка),
Институт физики твердого тела РАН (г. Черноголовка),
Институт проблем машиноведения РАН (г. С-Петербург).
Отраслевые научные организации
РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров),
РФЯЦ ВНИИТФ (г. Снежинск),
СХК (г. Северск),
ФЦДТ «Союз» (г. Дзержинск Московской области),
ФНПЦ «Алтай» (г.Бийск),
Центральный институт авиационного моторостроения им. Баранова (г. Омск),
ВНИИ горно-спасательного дела (г. Кемерово).
Высшие учебные заведения
Московский государственный университет,
Московский физико-технический институт (ТУ),
Московский авиационный институт (ТУ),
МВТУ им. Н.Э.Баумана (ТУ),
Московский энергетический институт (ТУ),
Хабаровский технический университет,
Тверской государственный университет,
Удмуртский технический университет,
С.-Петербургский технический университет,
С.-Петербургский государственный университет,
Хакасский государственный университет,
Новосибирский государственный технический университет,
Томский политехнический университет,
Томский архитектурно-строительный университет,
Томский университет систем управления и радиоэлектроники.
Деятельность научно-педагогического коллектива в области
Создания новых учебных дисциплин
Физическая механика структурно-неоднородных сред.
Ударные волны в твердых телах.
Динамические задачи МДТТ.
Конструкционная прочность при динамических воздействиях и ее физические основы.
Организации симпозиумов, конференций
Russian-USA Workshop Shock Induced Chemical Processing St. Petersburg, 1996.
«International Workshop Materials Instability under Mechanical Loading» S. Petersburg.
1996.
Russian-Slovenian Workshop «Movable Cellular Automata Method. Foundation and
Application». Ljubljana, Slovenia, 1997.
Computer-Aided Design of Advanced Materials and Technologies, Baikalsk. Russia. 1997.
Physical Mesomechanics and CADAMT, Tel-Aviv, 1998.
Int. Conf. Mesofracture, 1999.
Int. Conf. Mesofracture, 2000.
Physical Mesomechanics and CADAMT-2001 (Tomsk).
Материально-техническая база, имеющаяся в распоряжении коллектива
Импульсная
голографическая
установка
УИГ-1М
для
исследования
быстропротекающих процессов.
Баллистический стенд двойного назначения для исследования процессов
высокоэнергетических воздействий на материалы.
Установка для исследования процессов высокоскоростного взаимодействия твердых
тел с деформируемой преградой.
Установка для изучения ударной сжимаемости материалов.
Многопроцессорный вычислительный комплекс на базе кластера из 3 Pentium Ш–600.
5 сетевых ПЭВМ класса Pentium Ш–700.
Контактные адреса и телефоны
634050, Томск, пр. Ленина, 36, Томский госуниверситет.
Телефон (382-2)-410621, факс (382-2)-410129, E-mail [email protected]