Ученые НИИ механики МГУ методом молекулярной динамики исследовали процесс распространения ударной волны в кристаллах меди с примесями. Проект был реализован при финансовой поддержке гранта Президента №МК-2948.2022.1.1. Работа выполнена в продолжение исследования, посвященного ударным волнам в кристаллах.
На суперкомпьютерном комплексе «Ломоносов-2» была проведена серия молекулярно-динамических расчетов по моделированию ударного нагружения кристаллов меди с примесными атомами никеля, серебра, цинка и алюминия. Особенность вычислений заключалась в наличии линейных дефектов кристаллической решетки, дислокаций, в начальных атомных моделях кристаллов, которые могли двигаться при приложении нагрузки. Во время работы определялись временные зависимости напряжения, температуры и скорости атомов вдоль оси нагружения кристалла.
«Величина напряжения на упругом предвестнике снижается при распространении ударной волны в чистых металлах в результате процессов пластической деформации. Однако недавние эксперименты в сплавах показали, что, когда ударная волна проходит некоторое расстояние, упругий предвестник перестает затухать и напряжение на нем почти не меняется. Было сделано предположение, что в этом случае примеси начинают значительно замедлять скорость пластической деформации за фронтом предвестника. Тем не менее, вопросы моделирования этого эффекта оставались открытыми», — пояснил старший научный сотрудник лаборатории наномеханики НИИ механики МГУ Илья Брюханов.
Ученые сделали вывод, что чем сильнее примеси деформируют кристаллическую решетку меди, тем затухание упругого предвестника становится слабее. С ростом концентрации примесей наблюдается еще более слабое снижение напряжения на упругом предвестнике, при котором степень затухания предвестника почти не меняется по сравнению с чистой медью. Последний результат показывает, что влияние примесей при интенсивных нагрузках может отличаться от обычных условий, в которых наличие примесей значительно повышает предел текучести металлов и замедляет процессы пластической деформации.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых сплавов, а также при прогнозировании интенсивных импульсных воздействий в широком диапазоне параметров нагрузки с помощью физических моделей прочности и пластичности.