44. Відділ прикладної математики та обчислювального експерименту в матеріалознавстві

Завідувач відділу

Васільєв Олександр Олексійович

доцент, кандидат хімічних наук
o.vasiliev@ipms.kyiv.ua
+380673874349

Основні напрямки наукової діяльності

Математичні методи, моделі та обчислювальний експеримент в дослідженнях особливостей поведінки нових матеріалів в технологічних процесах їх одержання, обробки та експлуатації.

Найкращі результати

2017 рік

МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ В ДОСЛІДЖЕННІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ, ВЛАСТИВОСТЕЙ ІНТЕРФЕЙСА ТА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ В ГЕТЕРОФАЗНИХ КОМПОЗИТАХ ВКЛЮЧАЮЧИ ЕВТЕКТИЧНІ

Розроблено нову методику для визначення твердості та модулів пружності матеріалів приладами інструментального індентування з безперервним записом діаграм (P–h), де P – сила, що діє на індентор, h – зближення індентора і зразка. Методика виправляє помилки розповсюдженої методики Олівера-Фара та уточнює її базисні співвідношення (Б.О.Галанов, В.В.Картузов)

В рамках комп"ютерного моделювання методом молекулярної динаміки показано, що температура, при якій спостерігається контактне плавлення зразків, що скадаються з ідеальних кристалічних фаз міді і срібла, залежить від взаємної орієнтації граток, при цьому різниця температур може становити близько 150 градусів. Показано, що початок повномасштабного процесу контактного плавлення пов"язаний зі збільшенням товщини інтерфейсу і втратою порядку, а саме, зникненням кореляцій в напрямку, перпендикулярному площині інтерфейсу, обумовлених наявністю суміжних кристалічних структур (О.В.Бистренко, В.В.Картузов)

З перших принципів отримана залежність відносного значення модулів пружності (E (T) / E (T = 0)) (або теоретичної міцності) від температури (T / Tmax) для боридів LaB₆ і MeB₂.). Аналітично отримано залежність характерних параметрів евтектичних сплавів цих систем (концентрація і температура) від розміру зразків композитів (Д.А.Закарян, А.В.Хачатрян, В.В.Картузов)

Застосування кластерної моделі дозволило встановити закономірності і особливості структуроутворення високобористих сполук. Встановлено, що октаедричний і ікосаедричний кластери бору мають високу схильність до самоорганізації як з атомами металу (алюмінію, магнію), так і між собою. Знайдені оцінки значення енергії, що вивільняється при одержанні бориду алюмінію AlB₁₂ (Н.М.Роженко, В.В.Картузов)

2016 рік

МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ В ДОСЛІДЖЕННІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ, ВЛАСТИВОСТЕЙ ІНТЕРФЕЙСА ТА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ В ГЕТЕРОФАЗНИХ КОМПОЗИТАХ ВКЛЮЧАЮЧИ ЕВТЕКТИЧНІ

Запропоновано нову аналітичну модель, яка прогнозує стрибок температури на фронтах руйнування та ущільнення зруйнованих крихких матеріалів (зокрема, керамік і скла) в умовах дозвукової пенетрації ударників. Показано, що цей температурний стрибок обумовлений стрибками тиску та зсувних напружень на зазначених фронтах (границях Мескал зон). Модель дозволяє оцінити енергетичні втрати на нагрівання, які залежать від механічних та теплофізичних властивостей матеріалу перепони. Результати моделювання демонструються на прикладах (Б.О.Галанов, С.М.Іванов, В.В.Картузов).

На основі комп´ютерних моделювань методом молекулярної динаміки показано, що при наближенні до евтектичної температури в системі Ag-Cu у зоні інтерфейсу відбувається збільшення амплітуди атомних коливань, яке призводить до руйнування кристалічної гратки при контактному плавленні. Показано, що контактному плавленню передує утворення подвійного шару за концентраціями компонент, що є наслідком часткової сепарації фаз (О.В.Бистренко, В.В.Картузов).

Виявлена експериментально стрибкоподібна зміна ЛКТР (лінійний коефіцієнт термічного розширення) (див. Известия вузов физики 1973, № 1, с.154-156; ФТТ, 1998, Т.40 № 11; ФТТ 2000, Т.42 № 2) для гексоборидів знайшла обґрунтування в рамках квантово-механічних першопринципних розрахунків для евтектичних композитів у системі LaB6 - MeB2 (Me - Ti, Zr, Hf) (Д.А.Закарян, А.В.Хачатрян, В.В.Картузов).

Публікації у закордонних виданнях

1. V.V. Atuchin (Laboratory of Optical Materials and Structures, Institute of Semiconductor Physics, SB RAS, Novosibirsk, Russia), E.N. Galashov (Department of Applied Physics, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia), O.Y. Khyzhun (dep. 47), V.L. Bekenev, L.D. Pokrovsky ( Laboratory of Optical Materials and Structures, Institute of Semiconductor Physics, SB RAS, Novosibirsk, Russia), Yu.A. Borovlev ( Laboratory of Crystal Growth, Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry, SB RAS, Novosibirsk, Russia), V.N. Zhdankov (CML Ltd., 3 Lavrentiev Avenue, Novosibirsk, Russia). Low Thermal Gradient Czochralski growth of large CdWO4 crystals and electronic properties of (010) cleaved surface. Journal of Solid State Chemistry 236(2016)24–31.

2. Galanov B.A. ,Valeeva I.K. Sliding adhesive contact of elastic solids with stochastic roughness // International Journal of Engineering Science 101 (2016) 64–80.

3. Borodich F.M. (Cardiff University, UK), Galanov B.A. (2016) Contact probing of stretched membranes and adhesive interactions: graphene and other two-dimentional materials. Proc. R. Soc. A 472: 20160550. http://dx.doi.org/10.1098/rspa.2016.0550.

4. Zakarian D., Kartuzov V., Khachatrian A Prediction of the Mechanical Properties of LaB6–ZrB2 Materials in View of the Effect of Their Intercomponent Boundaries Journal Strength of Materials, -2016, 48(2), P. 290-293 DOI 10.1007/s11223-016-9764-1

5. D. Zakarian, V. Kartuzov, A. Khachatrian .Ultimate strength of crystals, nanoparticles and nano-ceramics having diamond-like structure // AIMS Materials Science, 2016, 3(4): 1696-1703. oi: 10.3934/matersci.2016.4.1696.

Опубліковані тези

1. V.L. Bekenev, V.V. Kartuzov, E.V. Kartuzov (від. 18). Influence of replacement of zirconium with titanium in eutectic LaB6–TixZr1−xB2 on power characteristics of interface. The 5th International Workshop on Directionally Solidified Eutectic Ceramics (DSEC V). Warsaw, Poland. April 3-7 of 2016.

2. Galanov B.A. ,Valeeva I.K. Adhesive contact of rough elastic solids. The 4th International Conference "Nanotechnologies" (NANO – 2016) October 24 – 27, Tbilisi: Tech. Univ. Press, Georgia, 2016, P. 65.

3. L. Ovsiannikova, V. Kartuzov, G. Lashkarev (від.35). Study of donor Al impurity by the help of fullerene like model. 45st "Jaszowiec" International Scool and Conference on the Physics of Semiconductors, Krynica-Zdroj, Poland, 2016 p, с. 78.

4. O.Bystrenko, T.Bystrenko. Anomalous Diffusion in CTRW Model and in Irregular Potential Fields. A Molecular Dynamics Study. Bogolyubov Conference Modern Problems of Theoretical Physics, May 24-26, 2016 Kyiv, Ukraine.

5. O.Bystrenko, V.Kartuzov. Pre- and contact melting phenomena in binary eutectic. Computer simulations of the inter-phase zone structure. 7th International Conference PHYSICS OF LIQUID MATTER: MODERN PROBLEMS, May 27-30, 2016, Kiev Ukraine.

6. O. Bystrenko, V. Kartuzov. Computer simulations of the diffusion zone structure in binary eutectic. 5th International Workshop on Directionally Solidified eutectic Ceramics, April 3 - 7 2016 Warsaw, Poland.

7. T Bystrenko, O Bystrenko, S Zubkova (від.4). Nonlinear effects in screening of highly charged cylindrical macroparticles in plasmas XXI International Conference “Electronics and Applied Physics”, October, 19-22, 2016, Kiev, Ukraine.

8. Borodich F.M., Galanov B.A. et al. Evaluation of Adhesive and Elastic Properties of Materials by Non-Spherical Indenters. International Workshop: Multi-Scale and Multi-Physics Testing of High-Performance Materials Technische Universitat Berlin, Germany, February 18-19, 2016.

9. Zakarian D. AB initio strength calculation of MoS2 dichalcogenide nanoparticles intercalated with hydrogen/ D. Zakarian, V. Kartuzov, A. Khachatrian //4th International research and practice conference nanotechnology and nanomaterialas NANO-2016, August 24 - 27, 2016, Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine.

10. D. Zakarian, A. Khachatrian .Ab Initio calculations of the elastic modulus of composites LaB6 - MeB2 (Me - Ti, Zr, Hf) from the temperature dependences//DSEC-2016 Directionally solidified 5, Eutectic ceramics, 2016; - abstracts. -Warsaw Poland– 2016.-P. 24.

11. М.О. Єфімов (від.23), К.О. Єфімова, О.І. Дудка (НТУУ «КПІ») О.Д. Хращевський (НТУУ «КПІ»). Дослідження процесів аморфізації вісокоміцних покриттів системи Fe-B отриманих методом аргоно-плазмового напилення. VI Міжнародна наукова конференція «Матеріали для роботи в екстремальних умовах». Україна, Київ, НТУУ «КПІ», 01-02 грудня 2016. С.198-199.

12. Prikhna Т.А. (ІСМ НАН України), Barvitskiy P.P. (ІСМ НАН України), Muratov V.B. (від.16), Kartuzov V.V., Sverdun V.B. (ІСМ НАН України), Dub S.N. (ІСМ НАН України), Loshak М.G. (ІСМ НАН України), Moshchil V.Е. (ІСМ НАН України), Karpets М.V. (ІСМ НАН України), Basyuk T.V. (ІСМ НАН України), Kozyrev A.V. (ІСМ НАН України), Kovylaev V.V. (ІСМ НАН України). Structure and properties of composite materials based on higher aluminum borides // Abstracts of 5th International Samsonov memorial conference “Materials science of refractory compounds and composites”. - 2016 - May 24-25. - Kyiv, Ukraine.– P.4.

13. Barvitskiy P.P. (ІСМ НАН України), Prikhna Т.А. (ІСМ НАН України), Muratov V.B. (від.16), Kartuzov V.V., Sverdun V.B. (ІСМ НАН України), Dub S.N. (ІСМ НАН України), Loshak М.G. (ІСМ НАН України), Moshchil V.Е. (ІСМ НАН України), Karpets М.V. (ІСМ НАН України), Basyuk T.V. (ІСМ НАН України), Kozyrev A.V. (ІСМ НАН України), Kovylaev V.V. (ІСМ НАН України). Structure and properties of composite materials based on higher aluminium borides // Abstracts of E-MRS 2016 Fall Meeting of the European Materials Research Society. – 2016. – 19-22 September. – Poland, Warsaw. – Р. X.5.4

14. Barvitskyi P.P. (ІСМ НАН України), Prikhna Т.А. (ІСМ НАН України), Muratov V.B. (від.16), Kartuzov V.V., Sverdun V.B. (ІСМ НАН України), Dub S.N. (ІСМ НАН України), Loshak М.G. (ІСМ НАН України), Moshchil V.Е. (ІСМ НАН України), Karpets М.V. (ІСМ НАН України), Basyuk T.V. (ІСМ НАН України), Kozyrev A.V. (ІСМ НАН України), Kovylaev V.V. (ІСМ НАН України). The parameters of production of composite materials based on higher aluminium borides // Abstracts of E-MRS 2016 Fall Meeting of the European Materials Research Society. – 2016. – 19-22 September. – Poland, Warsaw. – Р. ZU.2.3