CC BY
29
Международный форум механиков в Томске
С 26 марта по 1 апреля в Томске состоялся международный форум, объединивший специальный семинар по теме «Мезомеханика: основы и приложения» (Mesomechanics’2001) и конференцию «Компьютерное конструирование новых материалов и технологий» (CADAMT’ 2001). В конференции и семинаре приняли участие около 150 человек из ведущих научных центров России, Германии, Китая, США, Японии и Австрии.
Семинар «Mesomechanics’2001» был посвящен проблемам нового научного направления, интенсивно развивающегося в последние годы — физической мезоме-ханики материалов. История этого направления начиналась в Сибири около пятнадцати лет назад, когда в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН была сформулирована новая парадигма — концепция структурных уровней деформации твердого тела. На протяжении последующих лет эта концепция была подтверждена теоретически и экспериментально и легла в основу нового научного направления — физической ме-зомеханики материалов, которое связало континуальную механику деформируемого твердого тела с физикой пластичности и прочности.
Физическая мезомеханика рассматривает деформируемое твердое тело как многоуровневую самоорганизующуюся систему, в которой потеря сдвиговой устойчивости происходит самосогласованно на микро-, мезо-и макромасштабных уровнях, а элементарным актом пластического течения является «сдвиг + поворот». Это приводит к возникновению диссипативных мезострук-тур и фрагментации материала на мезоуровне. Разрушение образца является конечной стадией фрагментации материала на макроуровне, когда происходит глобальная потеря устойчивости нагруженного материала.
Сегодня уже можно с уверенностью говорить о том, что мезомеханика как принципиально новое научное направление принята ведущими научными школами мира. И здесь необходимо отметить особую роль Сибирского отделения Российской академии наук в формировании, становлении и развитии мезомеханики. В разработке этого нового научного направления принимают активное участие Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Институт теоретической и прикладной механики СО РАН, Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Институт геофизики СО РАН и др. В Институте физики прочности и материаловедения СО РАН физическая мезомеханика материалов является основным научным направлением. Совместно со Штутгартским университетом ИФПМ СО РАН организовал Международный научный центр «Физическая мезомеханика материалов». В Сибирском отделении
РАН издается на русском и английском языках международный журнал «Физическая мезомеханика».
Новому научному направлению было посвящено шесть международных конференций в России (в Томске и близ озера Байкал). На международной конференции «Mesofracture’96» было рекомендовано проводить данные конференции в различных странах. В соответствии с этим международная конференция «Мезомеханика’ 98» была проведена в Тель-Авиве (Израиль), а конференция «Мезомеханика’2000» состоялась в Сиане (КНР). Участники конференции «Mesomechanics’2000», прошедшей в Сиане, рекомендовали провести специальное совещание, основные цели которого — четко определить фундаментальные принципы физической мезоме-ханики и очертить области ее приложений.
Такой международный семинар «Mesomechanics’ 2001» и проходил в Томске в течение последней недели марта. В рамках семинара ведущими учеными России (Томск, Новосибирск, Москва, Пермь, Иркутск, Сне-жинск и др.), Японии, США, Германии, Китая и Австрии было представлено 24 пленарных доклада, в которых были изложены основные положения физической мезомеханики и подведены итоги развития данного научного направления за последнее десятилетие.
С позиции физической мезомеханики были рассмотрены проблемы поведения гетерогенных материалов в условиях динамического нагружения, усталости и износа, упрочняющих и восстановительных технологий, методы неразрушающего контроля. Особое внимание было уделено процессам, происходящим на поверхности нагружаемого материала.
Семинар открыл академик В.Е. Панин обзорным докладом, в котором подвел итоги исследований последних двух десятилетий и дал анализ основных физических принципов мезомеханики. Положения и концепции, изложенные В.Е. Паниным, затем были проиллюстрированы в целом ряде экспериментальных и теоретических работ.
Группа докладов была посвящена приложению физической мезомеханики к проблемам разрушения. Этим вопросам был посвящен доклад профессора М. Внука из Висконсинского университета (США), название которого говорит само за себя: «Заполнение пробела между микро- и макромеханикой разрушения». Проблемам мезомеханики разрушения был посвящен и пленарный доклад профессора О.Б. Наймарка из Института механики сплошных сред УрО РАН, г. Пермь. Профессор Р.В. Гольдштейн, представляющий московскую школу механиков, сделал доклад о принципах построения иерархических моделей в мезомеханике разрушения.
Новые результаты, полученные в рамках физической мезомеханики с использованием метода молекулярной динамики, были продемонстрированы учеными из группы В.М. Фомина (Институт теоретической и прикладной механики СО РАН). Целый ряд работ по моделированию динамических процессов был представлен учеными из Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН.
В теоретических докладах особое внимание уделялось развитию новых вычислительных методов, позволяющих адекватно описывать иерархические модели физической мезомеханики. Особо следует отметить блестящую лекцию профессора В.Ф. Куропатенко (Сне-жинск), в которой были изложены принципы построения системы уравнений для описания макроскопического поведения сред с учетом вклада различных масштабных уровней. Как отмечалось, такой подход является особенно важным для решения прикладных задач. Также большой интерес среди работ, представленных по данной тематике, вызвал доклад проф. А.Ф. Ревуженко (Новосибирск), посвященный развитию математического аппарата, позволяющего учитывать иерархическую природу процессов деформации.
Большой интерес и оживленную дискуссию вызвали работы, посвященные приложению мезомеханики к проблемам геологии и геофизики. Обстоятельный обзор «Мезоструктура, сейсмология и геодинамика» был сделан академиком С.В. Гольдиным. Эта сравнительно новая область применения мезомеханики была отражена в целом ряде докладов ученых Новосибирска, Иркутска, Москвы и Томска.
Достаточно сильно на семинаре были представлены работы в области компьютерного моделирования поведения материалов. Профессор 3. Шмаудер из Штутгартского университета продемонстрировал применение подходов мезомеханики к решению проблем компьютерного материаловедения на примере моделирования процессов деформации в металлах и керамике. Цельно и убедительно представили свои доклады томские ученые. Обзорные доклады профессоров П.В. Макарова и С.Г. Псахье были посвящены развитию новых моделей и методов мезомеханики, основанных на континуальных и дискретных представлениях. Применения изложенных подходов к конкретным задачам были широко представлены их коллегами на устных и стендовых презентациях.
Большой интерес вызвали доклады, посвященные приложению мезомеханики к проблемам ударно-волнового нагружения. Это направление было представлено в докладах ученых из Новосибирска, Снежинска, Черноголовки, Томска. Экспериментальные результаты, полученные в Институте химической физики РАН (Черноголовка) группой В.Е. Фортова, были представлены
профессором Г.И. Канелем. В докладе обсуждались эффекты, наблюдаемые в тонких фольгах при воздействии энергетических потоков высокой плотности в наносе-кундном диапазоне, а также анализировались явления, связанные с волнами разрушения в хрупких материалах. Исследованию деформационных процессов на мезо-уровне в условиях ударно-волнового сжатия был посвящен доклад М.П. Бондарь из Института гидродинамики СО РАН (Новосибирск). Уникальные экспериментальные данные о поведении широкого спектра материалов в условиях сферического взрыва были продемонстрированы профессором Е.А. Козловым из Снежинска.
Экспериментальные работы, представленные на семинаре, базировались на разработке новых методов исследования, которые позволили вскрыть новые процессы, развивающиеся в нагруженном твердом теле на ме-зоуровне. Интересные результаты и их трактовка с точки зрения физической мезомеханики были изложены в докладах представителей томской школы металлофизиков.
Самая многочисленная группа зарубежных ученых прибыла из Японии. Ими были представлены доклады в ряде областей физической мезомеханики. Япония является основным претендентом на проведение международной конференции «Мезомеханика’2004». Здесь следует отметить, что за проведение международных конференций по физической мезомеханике идет острая конкуренция. Место проведения следующей конференции «Мезомеханика’2002» уже давно определено: она будет проходить в Дании. На проведение конференции в 2006 году претендует Германия.
Следует особо отметить, что в настоящее время подходы и методы физической мезомеханики нашли свое применение во многих областях науки. Она практически становится мультидисциплинарным направлением. Принципы мезомеханики позволяют глубже понять процессы, происходящие в геологических средах, многослойных материалах для электроники.
В качестве одной из наиболее перспективных областей приложения физической мезомеханики следует отметить компьютерное конструирование новых материалов и технологий. Появление новой концепции послужило мощным толчком для развития компьютерного конструирования. В свете этого логическим продолжением семинара по физической мезомеханике явилась конференция по компьютерному конструированию новых материалов и технологий (CADAMT’2001), которая прошла с 29 марта по 1 апреля. Конференция отметила, что новые модели и вычислительные методы, развивающиеся на научной базе физической мезомеханики в сочетании с моделями физики пластичности, теории прочности, а также математический аппарат континуальной и дискретной механики, оказались перспективными для компьютерного конструирования новых материалов.
Во время работы конференции было представлено более 60 пленарных и 32 стендовых доклада по следующим направлениям:
- физическая мезомеханика как база компьютерного конструирования новых материалов и технологий;
- численные методы моделирования процессов деформации и разрушения;
- приложение методов компьютерного конструирования к проблемам геофизики;
- компьютерное конструирование композиционных материалов на металлической, керамической и полимерной основах;
- компьютерное конструирование упрочняющих и защитных покрытий;
- моделирование технологических процессов;
- моделирование поведения материалов в условиях динамического нагружения;
- экспертные системы и решение обратных задач;
- разработка компьютерных программ и программного обеспечения для задач компьютерного конструирования материалов.
Все доклады были представлены на высоком научном уровне, вызвали большой интерес и широкую дискуссию. В меморандуме, принятом по окончании форума, рекомендовано развивать и интенсифицировать международную кооперацию исследований в области физической мезомеханики с целью концентрации усилий специалистов из разных стран; опубликовать материалы форума в международном журнале «Физическая мезомеханика»; провести следующую конференцию по компьютерному конструированию новых материалов и технологий в 2003 году. В меморандуме также отмечена высокая оценка гостей и участников семинара организации форума Институтом физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск). Все участники были единодушны в желании регулярно проводить подобные международные форумы в Томске.
Ученый секретарь конференции к. ф.-м. н. В.А. Романова
