В соответствии с Указом Президента № 642 «О стратегии НТР РФ», одним из приоритетных направлений научных разработок является «переход к передовым цифровым производственным технологиям». В предлагаемом проекте предлагается продолжить развитие ранее начатых авторами работ по компьютерному моделированию технологических и эксплуатационных процессов, происходящих в двух- и много-фазных материалах.
Ранее, в течение последних 5 лет, авторами проекта были созданы компьютерные программы на основе метода конечных элементов (МКЭ), позволяющие анализировать и сопровождать ряд технических процессов. Полученные на их основе данные компьютерных экспериментов позволили обнаружить ряд ранее неизвестных синергетических процессов, развивающихся по сценариям «с обострением». В течение последних пяти лет нами были впервые установлены следующие процессы, которые могут быть отнесены к синергетическим.
1) Обнаружено, что при распространении потоков тепла в двухфазных жаропрочных материалах в определенных точках среды возникают концентраторы, инициирующие лавинообразный процесс формирования трещин; https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012354.
2) Установлено, что электрический пробой увлажненных поверхностей может сопровождаться возникновением самоорганизующихся кластеров. Обнаруженный эффект является существенным фактором при оценке риска поражения электрическим током, https://doi.org/10.1063/1.5133571.
3) Показано, что в двухфазных материалах электрических контактов в определенных точках среды возникают концентраторы выделения Джоулевой мощности, которые могут инициировать возникновение лавинообраного процесса разрастания трещин (AIP Conference Proceedings. Volume 2343, 30 March 2021, Номер статьи 040012).
4) Представлена возможность формирования анизотропии материалов, синтезируемых методом порошковой металлургии с подогревом электрическим током. Процесс имеет синергетический характер. (AIP Conference Proceedings. Volume 2293, 24 November 2020, Номер статьи 120017).
5) Исследован ряд особенностей формирования зон испарения и конденсации в процессах лазерной обработки материалов (AIP Conference
Proceedings. Volume 2293, 24 November 2020, Номер статьи 120018).
В цитированных выше работах рассматривались процессы концентраци термодинамических сил: градиента температуры в жаропрочных материалах, напряженности электрического поля в процесссх электрического пробоя, плотности выделения Джоулева тепла и градиента концентрации диффундирующей компоненты паров испаряемой смеси. Рассмотренные процессы имеют признаки синергетических, происходящих с обострением.
Цитируемые работы осуществлялись по личной инициативе авторов, без использования какой-либо сторонней финансовой поддержки.
Цель предлагаемого проекта – развитие начатого нами научного направления – «Разработка компьютерных программ и методики их применения для создания новых технологий, использующих эффекты концентрации термодинамических сил в многофазных и неоднородных материалах».
Ожидаемые результаты:
В течение ближайших двух лет будут проведены исследования в следующих направлениях.
1. Поиск совокупности управляющих параметров для предложенного нами ранее процесса создания новых анизотропных, в частности, волокнистых электрических контактных материалов методом порошковой металлургии с использованием подогрева заготовок электрическим током.
2. Исследование возможности возникновения синергетических процессов, инициируемых твердофазными реакциями в контактных и резистивных многофазных материалах, в частности, сплавов на основе Pd-Cu.
3. Создание компьютерных моделей на основе метода конечных
элементов, позволяющих исследовать эффекты деградации резистивных и контактных материалов, вызываемые синергетическим формированием в них слоистых выделений. По мнению авторов, инициатором, запускающим процесс разрастания дефектов может служить инцидент, связанный с превышением силы тока выше номинального.
4. Поисковая работа в направлении создания технологии разделения компонент многофазного материала под действием лазерного или иного светового воздействия. В частности, предполагается оценить эффективность разделения изотопов с использованием «чистой энергии» солнечного света.