Версия для слабовидящих: Вкл Выкл Изображения: Вкл Выкл Размер шрифта: A A A Цветовая схема: A A A A

Нелинейные эффекты в физическом материаловедении

Научное направление

Руководитель

Шибков Александр Анатольевич, доктор физико-математических наук, профессор.
Образование: Технологический факультет Тамбовского института химического машиностроения – 1976; Квалификация: инженер-металлург.
Диссертации
Кандидатская диссертация: "Исследование динамики дислокационных коллективов в ионных кристаллах оптическими и электромагнитными методами" – 1989 (Воронеж, ВГУ).
Докторская диссертация: "Динамика формирования мезоскопической структуры кристалла (на примере льда)" – 2006 (Белгород, БелГу).
Место работы и должность
Институт математики, естествознания и информационных технологий, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики.
Профессиональные интересы
Нелинейные явления в физическом материаловедении; физика льда; проблемы механической неустойчивости алюминиевых авиационных сплавов, детерминированный хаос и самоорганизация, морфогенез вдали от равновесия, физика и геометрия неравновесного роста, кинетические фазовые переходы, физика фрактальных ростовых структур.
Основные преподаваемые дисциплины: квантовая теория; физика конденсированного состояния; статистическая физика; физика фундаментальных взаимодействий.
Государственные награды, членство в научных обществах
1. Почетная грамота министерства образования и науки РФ за 2011 год, за многолетнюю плодотворную работу по развитию и совершенствованию учебного процесса, значительный вклад в дело подготовки высококвалифицированных специалистов.
2. С 2012 аккредитован в качестве эксперта в Федеральном реестре экспертов научно-технической сферы Минобрнауки России.
3. Эксперт РНФ и РФФИ.
4. Рецензент международных журналов Physica A и Mechanics of Materials
Индекс цитирования
РИНЦ: цитирований ? 1140; индекс Хирша ? 18 (на май 2018 г.).

Дата открытия

2011 год

Коды ГРНТИ

29.19; 30.19; 55.21

Основной состав научного направления

Количественный состав научного направления: докторов наук 1, кандидатов наук 6, аспирантов 2
Основной состав коллектива: Шибков А.А., д.ф.-м.н., профессор, Желтов М.А., к.ф.-м.н., доцент, Золотов А.Е., к.т.н., доцент, Иволгин В.И., к.ф.-м.н., доцент, Шуклинов А.В., к.ф.-м.н., Гасанов М.Ф., к.ф.-м.н., Денисов А.А. к.т.н.

Защиты диссертаций

Шибков Александр Анатольевич «Динамика формирования мезоскопической структуры кристалла (на примере льда)», Дисс. докт. физ.-мат. наук. (2006 г.).
Желтов Михаил Александрович «Исследование кинетики и морфологии дендритного роста льда и сопутствующей электромагнитной эмиссии», Дисс. канд. физ.-мат. наук. (1999 г.).
Королев Александр Александрович «Динамика и морфология неравновесной межфазной границы лед-вода», Дисс. канд. физ.-мат. наук. (2002 г.).
Скворцов Виталий Валерьевич «Исследование динамики и статистики множественных процессов структурной релаксации в кристаллах методом электромагнитной эмиссии», Дисс. канд. физ.-мат. наук. (2002 г.).
Кольцов Роман Юрьевич «Исследование на мезо- и макроуровне неустойчивой пластической деформации кристаллов комплексом оптических, акустических и электромагнитных методов», Дисс. канд. физ.-мат. наук. (2004 г.).
Леонов Андрей Алексеевич «Экспериментальное исследование механизмов неустойчивостей фронта кристаллизации при дендритном росте льда в переохлажденной воде», Дисс. канд. физ.-мат. наук. (2004 г.).
Шуклинов Алексей Васильевич «Структурно-чувствительные переходы от скачкообразной к устойчивой пластической деформации сплавов Al-Mg», Дисс. канд. физ.-мат. наук. (2007 г.).
Золотов Александр Евгеньевич «Нелинейная динамика неустойчивой пластической деформации сплава АМг6», Дисс. канд. техн. наук. (2009 г.).
Михлик Дмитрий Валерьевич «Динамика деформационных полос и разрушение металлических сплавов, демонстрирующих неустойчивое пластическое течение», Дисс. канд. техн. наук. (2009 г.).
Гасанов Михаил Фахраддинович «Нелинейная динамика пространственно-временных структур макролокализованной деформации при прерывистой ползучести алюминий-магниевого сплава АМг6», Дисс. канд. физ.-мат. наук. (2017 г.).
Денисов Андрей Александрович «Мониторинг и подавление механической неустойчивости алюминиевых сплавов в коррозионной среде», Дисс. канд. техн. наук. (2018 г.).

Описание деятельности научного направления

Актуальность тематики исследований связана с повышением надежности и ресурса материалов авиакосмической и транспортной отраслей, что соответствует:
а) утвержденным указом Президента РФ №899 от 7 июля 2011 г. Приоритетным направлением развития науки и техники в РФ, а именно приоритетному направлению «Транспортные и космические системы»; б) перечню критических технологий РФ, а именно «Технологии создания ракетно-космических и транспортной техники нового поколения»; «О стратегии научно-технологического развития РФ» (указ Президента РФот 01.12.2016 № 642). Общим «местом» этих документов является требования повышения топливной эффективности транспортных средств и снижение расхода топлива в среднесрочной перспективе на 20 %. Это требует использование материалов с высокой удельной прочностью, таких как сплавы систем Al-Li-Mg, Al-Mg-Mn, Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu-Mg, которые будут актуальными в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Эти сплавы однако проявляют механическую неустойчивость, как в условиях металлообработки, так и в условиях эксплуатации. В технологически значимой области нагрузок, скоростей деформирования и температур испытания механическая неустойчивость проявляется в так называемом прерывистом течении, обусловленным повторяющимися процессами образования в металле полос макролокализованной деформации, которые создают технологический брак: они негативно влияют на качество поверхности промышленных изделий, ухудшают формуемость и вызывают преждевременную локальную коррозию и внезапное разрушение. Разработка систем мониторинга и подавления деформационных полос является актуальной проблемой безопасности полетов и увеличения надежности и ресурса алюминиевых сплавов авиационной и транспортной отраслей. В фокусе научного приоритета группы выступает задача исследования влияния на полосообразование и прерывистую деформацию внешних физических полей: электромагнитного, лазерного, акустического, с целью: а) оценки рисков эксплуатации авиакосмических материалов в условиях воздействий внешних физических полей;
б) управления характеристиками прерывистой деформации; в) изучения механизмов автолокализации деформации в условиях ее подавления внешними физическими полями;
г) разработка и создание новой цифровой системы мониторинга и подавления повреждений в материалах авиакосмической отрасли в условиях высокоэнергетических воздействий.

Исследовательская программа состоит в исследовании следующих открытых вопросов:
1. Природа пластических неустойчивостей высокотехнологичных алюминиевых сплавов.
2. Механизмы разрушения материалов, демонстрирующих прерывистую деформацию.
3. Природа прерывистой ползучести.
4. Коррозия и электрохимические процессы, сопровождающие прерывистую деформацию.
5. Модификация поверхностного слоя для стабилизации механических свойств алюминиевых сплавов.
6. Влияние внешних воздействий на механизмы механической неустойчивости (лазерного излучения, ударного воздействия, агрессивной среды, и т.д.).
7. Научные основы ранней диагностики полос деформации.
8. Научные основы мониторинга и подавления повреждений в алюминиевых сплавах.
9. Разработка беспроводной автоматизированной интеллектуальной цифровой системы мониторинга и подавления повреждений в деформируемых алюминиевых сплавах в условиях высокоэнергетических воздействий.
10. Внедрение результатов НИР в образовательный процесс

Основные концепции:
1. Привязка исследовательской программы: а) к фундаментальным проблемам физического материаловедения; б) к стратегии развития науки и технологии в РФ.
2. Методология исследования, основанная на создании экспериментальных и/или модельных ситуаций возникновения (исчезновения) пластический неустойчивостей, вызывающих катастрофическую деградацию механических свойств высокотехнологичных металлических сплавов.
3. Сочетание высокоскоростных in situ экспериментальных исследований развития пространственно-временных структур дефектов кристаллического строения с высокоразрешающими микроструктурными исследованиями post factum.
4. Развитие динамического похода в физике прочности и пластичности.

Методы и технологии
Разработка и непрерывное совершенствование оригинального комплекса методов исследования неустойчивой деформации металлов и сплавов, основанного на сочетании микроструктурных исследований с высокоскоростными исследованиями in situ динамики и морфологии деформационных полос в условиях, близких к эксплуатационным, когда задается силовой закон воздействия (сила тяги, подъемная сила, центростремительная сила и т.д.), а откликом является деформация материала и конструкции, что соответствует прямой задаче нелинейной динамики. Данный комплекс дает возможность сочетания динамического и структурного подходов в исследовании прочности и пластичности на основе постановки структурных in situ экспериментов синхронно с измерением и анализом временных рядов, отражающих нестационарный характер пластического течения, а также использовании современных методов динамического анализа, включающих спектральный, мультифрактальный анализ соответствующих временных рядов и пространственных структур.

Перечень патентов, свидетельств на изобретения у членов научного направления

Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Михлик Д.В. Бесконтактный электромагнитный метод диагностики повреждаемости деформируемых металлических конструкций в условиях обледенения // Патент № 2536776. 2014.
Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Денисов А.А., Михлик Д.В. Способ обработки листовых заготовок из алюминиевых сплавов системы Al-Mg // Патент № 2544721. 2015.
Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Гасанов М.Ф. Акустико-эмиссионный способ раннего выявления повреждений в деформируемых алюминиевых сплавах // // Патент № 2618760. 2017.
Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Гасанов М.Ф. Дистанционный способ обнаружения повреждений металлических конструкций из алюминиевых сплавов // Патент № 2624995. 2017.
Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Денисов А.А., Гасанов М.Ф. Способ повышения механической устойчивости и прочности листовых заготовок из алюминий-магниевых сплавов с использованием эффекта электропластической деформации // Патент № 2624877. 2017.
Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Денисов А.А., Гасанов М.Ф. Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов. Патент № 2650217. 2018.

Перечень грантов международного или всероссийского уровня, выполненных под руководством или с участием членов научного направления

РФФИ, Проект № 09-02-97540 «Мониторинг и управление неравновесным ростом кристаллов льда в сильно переохлажденной воде», 2009-2011 гг. (Руководитель: Желтов М.А.).
Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы», Соглашение от 3 сентября 2012 г. № 14.В37.21.0372 «Исследование механической устойчивости авиационных алюминиевых сплавов и разработка технологии подавления очагов локализованной деформации и способов предупреждения катастрофической деградации механических свойств», 2012-2013 гг. (Руководитель: Шибков А.А.).
Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы», Соглашение от 24 августа 2012 г. № 14.В37.21.0735 «Физические основы бесконтактных методов ранней диагностики и неразрушающего контроля повреждаемости и деградации физико-механических свойств авиационных алюминиевых сплавов» 2012-2013 гг. (Руководитель: Шибков А.А.).
РФФИ, Проект № 12-02-31318, «Влияние электропластичности и размерных эффектов на неустойчивое пластическое течение высокотехнологичных алюминий-магниевых сплавов», 2012-2013 гг. (Руководитель: Денисов А.А.).
РФФИ, Проект № 13-08-00861-а «Основы электрофизических методов диагностики и мониторинга механических неустойчивостей, вызывающих внезапное разрушение высокотехнологичных алюминиевых сплавов», 2013-2015 гг. (Руководитель: Шибков А.А.).
РНФ, Проект № 15-12-00035 «Создание новых методик оперативного контроля и подавления дефектов разных масштабных уровней в зонах концентрации напряжений, сварных соединений и основных материалов изделий авиакосмической отрасли и транспортных средств в процессе их длительной эксплуатации», 2015-2017 гг. (Руководитель: Шибков А.А.).
РФФИ, Проект № 12-08-33052, «Научные основы технологии мониторинга и подавления механической неустойчивости и увеличение ресурса высокотехнологичных авиационных сплавов системы Al-Mg-Mn», 2013-2015 гг. (Руководитель: Золотов А.Е.).
РФФИ, Проект № 15-32-20200, «Исследование влияния высокоэнергетических воздействий на локализацию деформации и разрушение высокотехнологичных сплавов авиакосмической отрасли систем Al-Li, Al-Mg, Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu», 2015-2017 гг. (Руководитель: Золотов А.Е.).
РФФИ, Проект № 16-08-00773-а «Физические основы систем неразрушающего контроля и подавления повреждений в деформируемых элементах конструкций из алюминий-магниевых и алюминий-литиевых сплавов», 2016-2018 гг. (Руководитель: Шибков А.А.).
РНФ, Проект № 18-19-00304 «Разработка беспроводной автоматизированной интел-лектуальной цифровой системы мониторинга и подавления повреждений в деформируемых алюминиевых сплавах в условиях высокоэнергетических воздействий», 2018-2020 гг. (Руководитель: Шибков А.А.).

Основные публикации членов научного направления

Научные связи

Коллектив поддерживает научные связи со многими институтами страны: Институт Кристаллографии РАН А.В. Шубникова, Институт физики твердого тела РАН, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, ИМЕТ РАН им. А.А. Байкова, ИМАШ им. А.А. Благонравова РАН, Тульский, Воронежский, Белгородский, Тольяттинский госуниверситеты и др.