Физик ЧелГУ ищет причину локализации деформаций металлов и сплавов

​Младший научный сотрудник кафедры общей и теоретической физики физического факультета Челябинского государственного университета Евгений Фомин в течение двух лет будет разбираться в сути процесса локализации пластической деформации в чистом алюминии и алюминиевых сплавах в процессе воздействия на эти материалы. За это время исследователю предстоит создать многоуровневую теоретическую модель, объясняющую деформацию материалов.

Финансовую поддержку проекта физик ЧелГУ получил по итогам конкурса грантов Российского научного фонда «Проведение инициативных исследований молодыми учёными».

К слову, разработка многомасштабных моделей путём анализа атомной структуры материалов ведётся физиками ЧелГУ уже несколько лет. Исследованиями деформационного поведения металлов и сплавов занимается научная группа под руководством заведующего кафедрой общей и теоретической физики Александра Майера.

«Алюминий и сплавы на его основе широко применяются в разных отраслях, – поясняет Евгений Фомин. – Они лёгкие, достаточно прочные, довольно пластичные. Но на этом список их качеств не исчерпывается, многое ещё предстоит понять. Я в своём проекте планирую проанализировать, как проявят себя чистый алюминий и два типа сплавов на его основе при деформации. Моя цель разобраться – какими свойствами обладают так называемые твёрдые растворы и алюминий, упрочнённый кластерами».

Отметим, алюминиевый сплав, упрочнённый медными кластерами – материал, который не так давно попал в поле зрения мирового научного сообщества. Физики ЧелГУ не остались в стороне от этого процесса: их заинтересовали, главным образом, свойства этого материала в процессе деформации.

«Мы исследуем, как реагирует материал, на различные виды деформации, начиная с атомного уровня; пытаемся понять эти механизмы, сформулировав законы, а затем экстраполируем их на большие объёмы, – объясняет Евгений Фомин. – Эта работа необходима для того, чтобы в будущем создавались разного рода программные продукты, которые, в свою очередь, позволяют специалистам тщательно рассчитывать то, как поведёт себя материал, когда на его основе будут спроектированы и созданы самые разные промышленные конструкции».

Создавать теоретическую модель поведения металлов и сплавов челябинский учёный планирует при помощи гибридного подхода – то есть с применением искусственных нейронных сетей и метода клеточных автоматов.

«Нейронная сеть выступает в качестве способа анализа данных, – поясняет Евгений Фомин. – Дело в том, что физический закон не всегда можно легко представить в виде формулы. В таких случаях именно нейросеть приходит на помощь физикам, ведь ей достаточно начального и конечного набора данных. Когда имеешь дело с большим объёмом информации, только нейросеть может помочь понять связи. Для проекта по гранту РНФ я написал программное обеспечение, которое реализует нейронную сеть, необходимую для анализа данных атомистического моделирования».

Но только лишь нейронной сети мало. Сделать теоретическую модель поведения металлов и сплавов совершеннее и точнее физикам ЧелГУ поможет метод клеточных автоматов, предложенный математиком Джоном фон Нейманом.

«В итоге работы над проектом я должен получить многоуровневую модель. На одном уровне вещество в целом моделируется при помощи нейросети, а на другом – на уровне микроструктуры, – разъясняет Евгений Фомин. – Второй уровень позволяет реализовать метод клеточных автоматов. Дело в том, что при создании конструкций материал деформируется в определённых местах. При эксплуатации всегда одни детали испытывают деформацию в большей степени, а в другие – в меньшей. Почему так происходит? Наша модель сможет дать ответ на этот вопрос. Эта тема волнует физиков давно, но методы поиска ответов все время меняются. Мы решили взглянуть на проблему локализации деформаций по-своему. Используем новый подход, чтобы более точно объяснить известные экспериментальные эффекты».

Добавим, все планируемые результаты научной работы молодого учёного ЧелГУ соответствуют мировому уровню исследований. По результатам работы над проектом по гранту РНФ Евгений Фомин планирует опубликовать серию из трёх статей в ведущих международных и отечественных журналах.