Современные проекты

1) Проект РФФИ 20-01-00431, 2020 - 2022, руководитель проф. С.В. Шешенин. Ответственный имсполнитель - Н.Б. Артамонова.
Название проекта «Связанная задача консолидации в нелинейной постановке».

Ключевые слова: Связанная задача консолидации, нелинейное деформирование, закон Дарси, модель Био, тензор передачи порового давления, тензорный параметр Био, вариационная формулировка, седловая система, итерационные решатели.

Аннотация: Разработана физически и геометрически нелинейная формулировка задачи консолидации (совместного деформирования пористого материала, полностью насыщенного жидкостью, под действием внешнего силового воздействия), удобная для использования метода конечных элементов. Задача сформулирована в лагранжевой системе координат, связанной с осредненным каркасом пористой среды. При этом использована идея метода ALE для связывания Лагранжевого и Эйлерова подходов. Достоинством проведенной работы представляется наличие математических, вычислительных и экспериментальных исследований с целью создания численного моделирования процессов консолидации, реализованного в виде собственной программы с возможностью применения к практическим задачам. Проведено теоретическое исследование краевой задачи и сходимости итерационного процесса в нелинейной и линейной постановках, применяемого на каждом шаге прослеживания процесса консолидации. Реализован предложенный предобуславлитель для итерационного процесса типа Удзавы, что позволило увеличить скорость сходимости итераций. Вычислительные тесты подтвердили теоретические оценки. Проведена верификация созданной в рамках проекта компьютерной программы, реализующей процесс моделирования консолидации. Возможности численного моделирования продемонстрированы на решении модельной задачи образования глубокой колеи в дорожном покрытии. Более точное решение этой задачи будет опубликовано в следующем году. Для уточнения модели пластичности деформационного типа и идентификации модели консолидации были проведены экспериментальные исследования на автоматизированном испытательном комплексе АСИС ООО НПП «Геотек» на кафедре инженерной и экологической геологии МГУ имени М.В. Ломоносова. Эксперименты по определению деформационных и прочностных параметров, используемых в разработанной модели консолидации, проводились на кварцевых песчаных грунтах различной зернистости в сухом и водонасыщенном состоянии. В ходе испытаний на компрессионное сжатие были получены диаграммы объемного деформирования сухого и водонасыщенного песчаного грунта для разных скоростей деформации. Определена зависимость коэффициента пористости грунта от давления и деформации скелета. Разработана методика измерения предельной деформации сдвига сухого и водонасыщенного песчаного грунта в зависимости от объемной деформации на приборе многоплоскостного среза (простого сдвига) ООО НПП «Геотек». При испытаниях на простой сдвиг измерены прочностные параметры (угол внутреннего трения и сцепление) сухого и водонасыщенного песка при различных скоростях деформации среза. Получены зависимости угла внутреннего трения от скорости деформации среза для песков различной зернистости. Подготовлена методика определения проницаемости грунта в зависимости от давления и деформации скелета. Одновременно с исследованием дисперсных (песчаных) грунтов изучались эффективные свойства различных типов скальных грунтов вычислительным и экспериментальными методами. Разработана вычислительная методика получения коэффициента Био. Для скальных пород экспериментальное определение этого параметра затруднительно. Для случая однородного скелета существует формула расчета коэффициента Био. Однако предложенная вычислительная методика работает и для неоднородной матрицы. В этом ее достоинство. Получены трехмерные изображения структуры некоторых пористых скальных грунтов (известняков, доломитов, гиалокластитов, базальтов) с помощью томографа Yamato TDM-1000H-II (МГУ имени М.В. Ломоносова). Оцифровка рентгеновских изображений структуры и построение конечно-элементных сеток были сделаны с помощью программы VG MAX 3.3 в ООО «Совтест-Сервис» (г. Курск). Проведены многочисленные вычисления эффективных свойств геоматериалов и получены зависимости упругих модулей и параметра Био от пористости. Вычисления на конечно-элементной сетке, полученной с помощью изображений рентгеновской томографии, набирают популярность в мировой исследовательской практике и получили название “Image based calculations”. Такая методика определения параметров осредненного скелета может быть дополнением к экспериментальному измерению. Как оказалось, она позволяет получать материальные свойства в некотором диапазоне пористости, что удобно при исследовании деформации материала скелета в процессе консолидации при наличии разброса пористости. По результатам проекта подготовлен черновой вариант монографии по моделированию консолидации и некоторых других задач механики деформируемого твердого тела при учете физической и геометрической нелинейностей. Больше деталей можно найти в Проект РФФИ 20-01-00431

2) Совместный проект РФФИ-ГФЕН (Китай), 19-51-53006, 2019 - 2021, руководитель (Конкурс на лучшие научные проекты фундаментальных исследований, проводимый совместно федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований» и Государственным фондом естественных наук Китая).
Название проекта «Динамическое механическое поведение и механизм повреждения дисперсных композитов (B4C/Al)».

Ключевые слова: Дисперсные композиты, металлическая матрица, высокоскоростное нагружение, двухуровневая модель деформирования, асимптотическое осреднение, трехмерная микроструктура, численное моделирование, боро-алюминиевый композит, рентгеновская микро томография

Аннотация: Композиты на основе металлической матрицы обладают превосходными свойствами, такими как малый вес, высокая удельная жесткость и твердость. Микроструктура (структура на уровне включений) таких композитов сложна из-за сильной неоднородности и случайного пространственного расположения включений. Для моделирования композитов рассматриваемого типа часто использовались модели, построенные из идеализированной повторяющейся ячейки. Новизна предстоящего исследования заключается в том, что для моделирования деформационных свойств будет использоваться реальная трехмерная микроструктура материала. Получение реальной структуры стало возможным благодаря рентгеновской микро томографии, обеспечивающей неразрушающее исследование трехмерной структуры композита. Это предполагается сделать с помощью Шанхайского синхротронного радиационного комплекса третьего поколения. Фундаментальность исследования состоит в развитии двухуровневого подхода. Моделирование деформирования и разрушения на макроуровне основывается на численном моделировании на уровне структуры материала (на микроуровне). Трехмерные изображения и экспериментальные данные, полученные китайской группой, будут использованы для создания и проверки двухуровневого моделирования статического и динамического поведения композитов с непериодической структурой, разработанного российской группой. Механические свойства и механизмы повреждения композитов рассматриваемого типа при статических и динамических сжатиях связаны не только со свойствами каждого компонента, но также с мезо и микроскопическими особенностями. Проект направлен на выявление механизмов связи между механическими свойствами компонент, развитием повреждений и микроструктурой дисперсных композитов. С помощью моделирования на основе трехмерной структуры, предполагается расчетным путем получить макро отклик материала на деформирование, а также распределение напряжений на мезо уровне. Последнее будет также применено для анализа процесса деформирования и эволюции разрушения. Целесообразность предполагаемого совместного исследования представляется в объединении экспериментальных результатов китайской группы с возможностями российской группы в области численного моделирования поведения композитов. Разработанное моделирование предполагается использовать при проектировании новых дисперсных композитов. Больше деталей можно найти в Проект РФФИ 19-51-53006

3) Совместный проект РФФИ-ГФЕН (Китай), 19-51-530008, 2019 - 2021, (Конкурс на лучшие научные проекты фундаментальных исследований, проводимый совместно федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований» и Государственным фондом естественных наук Китая).
Название проекта «Механические свойства искусственных материалов с периодической структурой».

Ключевые слова: Искусственные материалы, отрицательный коэффициент Пуассона, ауксетики, хиральные материалы, моментная теория упругости, взаимное влияние изгиба и кручения на нормальные и сдвиговые деформации, двухуровневая асимптотическая модель деформирования, трехмерная микроструктура, численное моделирование

Аннотация: В мире внимание привлекают методы повышения эксплуатационных характеристик материалов с искусственной структурой (мета материалов) путем реализации структур, приводящих к аномальным деформационным свойствам. Механические свойства искусственных материалов при статическом и динамическом деформировании связаны не только со свойствами каждого компонента, сколько со сложной структурой. Это приводит к возникновению таких свойств, как анизотропия, появление вращательных степеней свободы и т.д. Из-за необычных физических и механических свойств мета материалы демонстрируют возможность применения в авиационно-космической, транспортной и биомедицинской технике. Поэтому они стали одним из фокусов интереса международных кругов механиков и материаловедов. Поэтому предлагаемое исследование актуально. Проект направлен на развитие асимптотического метода исследования напряженно-деформированного состояния искусственных материалов (композитов) с периодической и непериодической структурой. В этом заключается фундаментальная задача проекта. Дело в том, что такие материалы, вообще говоря, демонстрируют связанность напряжений и моментных напряжений с чистыми деформациями, изгибом и кручением. Другими словами, эти материалы описываются моментной теорией упругости. Обычно асимптотическим методом осреднения для композитов выводится осредненная связь между напряжением и деформацией. Асимптотический подход использовался для вывода связанных (в смысле моментов и усилий) уравнений тонких тел. В данном проекте предлагается получить связанные уравнения трехмерной моментной теории упругости асимптотическим методом, описывающей свойства материалов с искусственной структурой. В этом заключается новизна предлагаемого исследования. Предполагается исследовать влияние отрицательного коэффициента Пуассона на коэффициенты передачи порового давления и тепловых напряжений. Также предлагается исследовать влияние связанности определяющих соотношений на макроуровне и неоднородности структуры на микроуровне на динамические характеристики искусственных структур. В заключении предлагается разработать алгоритм оптимизации структуры периодической ячейки с целью увеличения или уменьшения какого-либо свойства материала. Например, уменьшения коэффициента Пуассона или увеличения коэффициента связанности напряжений с кручением или изгибом.

Прошлые проекты

1) Грант РФФФИ: 2015 - 2017, руководитель

Моделирование вязко-упругих свойств резино-кордных композитов при больших деформациях
Механико-математический факультет
Руководитель проекта
Участники: Козлов М.В., Скопцов К.А., Чистяков П.В., А.Маркианова

2) Создание высокотехнологичного опытно-промышленного производства специальной технологической оснастки для авиационного машиностроения с применением новых типов композиционных материалов и инновационных подходов к моделированию технологических процессов
Кафедра химической технологии и новых материалов, химический факультет
Руководитель проекта - В.А. Садовничий. Проект выполняется в рамках 218 постановления правительства РФ: 19 августа 2014 - 2016
Участники со стороны кафедры механики композитов: С.В. Шешенин, М.В. Козлов. Информация о проекте в ИСТИНЕ

3) Разработка технологии и организация производства термостойких композиционных пресс-материалов для серийного изготовления облегченных деталей сложной формы, используемых в аэрокосмической технике, наземном и морском транспорте
Кафедра химической технологии и новых материалов, химический факультет
Руководитель проекта - В.А. Садовничий. Проект выполняется в рамках 218 постановления правительства РФ: 2013 - 2015
Участники со стороны кафедры механики композитов: С.В. Шешенин, К.А. Скопцов.

Описание: Целью проекта является: разработка технологии и организация производства композиционных пресс-материалов (КПМ) на основе дискретных углеродных и стеклянных волокон и термостойких термореактивных полимерных связующих, предназначенных для изготовления методами прессования и литья под давлением облегченных деталей машин и механизмов, обладающих повышенной прочностью, химической и термической стойкостью. Создание технологии применения разработанных пресс-материалов для получения деталей сложной формы и методик моделирования процесса изготовления и физико-механических свойств получаемых изделий. Настоящий проект направлен на создание технологии и материала, позволяющих выпускать объемные детали сложной формы из композиционных материалов на основе рубленных волокон методами прессования и инжекции в форму. Основой материала является рубленное углеродное и стеклянное волокно, пропитанное термостойким термореактивным полимерным связующим.

4) ДОГОВОР о научном сотрудничестве между кафедрой механики композитов механико-математического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», Федеральным государственным бюджетным учреждением «Научный и информационно-методический центр «Базис» Министерства образования и науки Российской Федерации и Обществом с ограниченной ответственностью «Геотехника».
Пилотные проект (2016)на тему "Моделирование разрушения грунта вблизи скважин от действия внутреннего давления инъекционного раствора". Подробнее см. договор . Участнники со стороны кафедры: С.В. Шешенин, М.В. Козлов, Ф.Б. Киселев.

Архив проектов (в работе)