Моисеенко Д.Д.   Максимов П.В.   Бикинеев Г.Ш.   Панин В.Е.  

Гибридная многоуровневая модель структурно-фазовых превращений в материале при экстремальном термическом воздействии

Докладчик: Максимов П.В.

Предлагается гибридный дискретно-континуальный подход, объединяющий методы стохастических возбудимых клеточных автоматов (Multiscale Stochastic Excitable Cellular Automata – MSECA) и конечных элементов, позволяющий моделировать процессы растрескивания и отслаивания термобарьерных покрытий. На макромасштабном уровне влияние термических напряжений, возникающих вследствие различия КТР покрытия и подложки, моделируется на базе классической механики и метода конечных элементов.
Введение сети активных элементов (клеточных автоматов) на мезомасштабном уровне позволило корректно промоделировать процесс термической рекристаллизации с явным учётом наличия межзёренных границ, их энергетических параметров и влияния выделившихся частиц другой фазы на этих границах. SECA метод хорошо зарекомендовал себя в моделировании формирования «шахматной доски» и развития спиральных волн на поверхности нагруженного твердого тела, теоретическом исследовании причин растрескивания и отслаивания термобарьерных покрытий, моделировании особенностей формирования мезополос в шейке, и др. Двухуровневая двухфазная модель движущейся границы зерна рассматривает последнюю как слой с искажённым кристаллическим строением плюс приграничный объём, отличающийся по химическому составу от тела зёрен.
Модель учитывает три масштабных уровня – интерфейс между покрытием и подложкой (макроуровень), целое зерно (мезоуровень) и границу зерна с приграничной областью толщиной порядка несколько сотен нанометров (наноуровень).
Действие градиента термических напряжений на интерфейсе «покрытие   подложка» на макроуровне имитируется посредством приложения четырехсторонней механической нагрузки. Исследуемый образец разбивается на сеть элементарных объёмов кубической формы, а затем для каждого такого элемента вычисляется ряд физических параметров, описывающих его состояние. В качестве таких параметров выступают компоненты тензора деформации, тензора напряжений, такие векторные величины, как сила, ускорение, скорость, смещение, радиус-вектор. На основе значений компонент тензоров деформации и напряжений вычисляются величины интенсивностей деформации и напряжения, которые являются определённого рода характеристиками локального изменения формы и объёма.