Матеріалознавство та інженерія відносяться до найбільш актуальних напрямків наукових досліджень у світі, тоді як використання нових матеріалів у значній мірі базується на дослідженні механічних властивостей матеріалів. Виходячи з цього, у межах 2-ї Глобальної конференції з матеріалознавства й інженерії 20-22 листопада 2013 року було проведено спеціальну сесію з питань дослідження механічних властивостей матеріалів. Цей спеціальний номер містить добірку з 20 наукових робіт, відібраних із числа всіх доповідей, присвячених проблемам структури, механічних властивостей і міцності матеріалів. У даному огляді обговорюються окремі доповіді спеціальної сесії, представлені в цьому номері журналу.
Ключові слова:.

Вплив швидкості деформації і температури на напруження у вістрі тріщини і розвиток мікроструктури поблизу тріщини, що розповсюджується, в монокристалічному нікелі досліджували за допомогою моделювання методом молекулярної динаміки. Досліджували кореляцію між розвитком мікроструктури і полем напружень у вістрі тріщини. Результати показали, що характеристика розподілу напружень у вістрі тріщини і динаміка поширення тріщини тісно пов’язані з розвитком мікроструктури, зумовленої зміною швидкості деформації і температури. За низьких швидкості деформації і температури тріщина поширюється по механізму крихкого руйнування без впливу на зміну розташування атомів у її вістрі. Концентрація напружень виникає у вістрі тріщини, що поширюється. Поширення тріщини характеризується поступовим переходом від крихкого руйнування до пластичного з підвищенням температури і швидкості деформації. Максимальне напруження супроводжується розвитком мікроструктури у вістрі тріщини.
Ключові слова: вершина тріщини, атомна напруга, розвиток мікроструктури, монокристалічний нікель, моделювання методом молекулярної динаміки.

За допомогою рентгенівської дифракції і скануючої електронної мікроскопії досліджено вплив температури підкладки і показника концентрації CH4 на поведінку тонких полікристалічних алмазних плівок під час руйнування. Показано, що поведінка при руйнуванні тонких полікристалічних алмазних плівок, синтезованих хімічним осадженням покриття за допомогою плазмового струменя на основі постійного струму, залежить від температури підкладки і показника концентрації CH4. Велика температура підкладки призводить до виникнення в тонких полікристалічних алмазних плівках високих залишкових напружень внаслідок різних значень коефіцієнта теплового розширення підкладки й алмазної плівки, які, як правило, вищі за значення опору руйнуванню тонкої алмазної плівки й алмаза. Виявлено, що в’язкість руйнування зменшується зі збільшенням показника концентрації CH4. Після досягнення високих показників концентрації CH4 у тонких плівках мають місце такі дефекти і домішки, як тріщини, макроскопічні отвори, вуглець у формі графіту і аморфний вуглець. Температуру підкладки і показник концентрації потрібно контролювати в необхідних межах.
Ключові слова: тонка полікристалічна алмазна плівка, руйнування, температура підкладки, концентрація CH4, залишкові напруження.

Композитні матеріали на основі заліза, армовані рівномірно розповсюдженими наночастинками ТіС, отримано за допомогою планетарного фрезерування в аргоні і подальшого гарячого пресування. Шляхом подрібнення протягом 6 годин і гарячого пресування матеріалу за температури 1100oC і тиску 50 МПа можна отримати зразки композитних матеріалів із майже максимальною щільністю. Досліджено сферичні частинки ТіС і волокнисті дрібнодисперсні Fe3C фази, які сприяють виникненню матриці композитного матеріалу на основі заліза. Мікроструктурний аналіз показав, що усереднений діаметр частинок ТіС і довжина Fe3C фаз зменшуються зі збільшенням об’ємного вмісту частинок ТіС. Значення границі текучості при стисканні композитних матеріалів, отриманих гарячим пресуванням, збільшується пропорційно вмісту ТіС частинок: 1,3 ГПа для 7,5% ТіС. Досліджено взаємозв’язок між мікрострук- турними характеристиками і границею текучості композитних матеріалів, армованих частинками ТіС. На основі механізму зміцнення Орована можна припустити, що більш високі значення міцності відмічаються за більшого вмісту частинок ТіС, в основному внаслідок скорочення відстані між армуючими наночастинками ТіС.
Ключові слова: композит з матрицею на основі заліза, наночастка TiC, мікроструктура, механічне легування, гаряче пресування.

Запропоновано новий метод оцінки довговічності від утомленості TiAl сплавів за результатами кількісного та якісного аналізу. За допомогою кількісного аналізу визначено вплив мікроструктури TiAl сплавів на їх довговічність від утомленості. Розрахунок зусилля між дислокаціями проведено за стандартною формулою, за допомогою якої можна отримати точний результат. Кількісний та якісний аналіз показав, що довговічність від утомленості можна підвищити шляхом введення мікроелементів, які сприяють подрібненню зерен.
Ключові слова: титановий сплав алюмінію, втомна тріщина, втомна довговічність, оцінка довговічності, вдосконалений метод.

Досліджено вплив процесу старіння на шорсткість поверхні і механічні властивості алюмінієвих сплавів АА6061 та АА7075. Механічні властивості досліджували при випробуваннях на мікротвердість і розтяг. Поверхню зразків досліджували за допомогою рентгеноструктурного аналізу. Після випробувань на розтяг поверхню руйнування досліджували методом растрової електронної мікроскопії. Вплив процесу старіння на шорсткість поверхні вивчали за допомогою атомно-силового мікроскопа. Показано, що з ростом шорсткості поверхні збільшується кількість виділених фаз.
Ключові слова: алюмінієві сплави, атомно-силовий мікроскоп, механічні властивості, растрова електронна мікроскопія.

Зміну напруження течії незагартованої і загартованої сталі 49MnVS3 досліджували шляхом проведення випробувань на ізотермічний стиск на установці Gleeble-1500D, що моделює високотемпературні умови, за температур деформації 950, 1000, 1150, 1200°C та швидкості деформації 0,1; 1; 5 і 10 c- 1 із показником степеня деформаційного зміцнення n і значенням енергії активації деформації сплаву Q. Установлено визначальні рівняння і схеми обробки компресійного режиму течії для незагартованої і загартованої сталі 49MnVS3 за високої температури. Аналіз рівнянь показав, що максимальне значення напруження значно зменшується зі зниженням швидкості деформації і підвищенні температури деформації, якщо сплав зазнає деформації за високої температури, а значення енергії активації деформації дорівнює 350,98 кДж/моль. Якщо значення істинної деформації незагартованої сталі 49MnVS3 і високотемпературної деформації мікролегованої сталі дорівнюють 0,5, то оптимальні параметри процесу обробки сплаву визначаються за температури деформування 1150...1200°C і швидкості деформації 2...10 c-1 на основі критерію, який сприяє відбору параметрів із більш високою ефективністю розсіяння потужності в області динамічної рекристалізації як оптимальної технології обробки.
Ключові слова: незагартована і загартована сталь 49MnVS3, напруга потоку, визначальне рівняння, схема обробки.

Методом магнетронного напилення під дією постійного струму на стальну підкладку SUS 304 наносили нітрид-титанові плівки. Детально досліджено вплив відпалу після нанесення плівок на мікроструктуру та їх механічні властивості за допомогою методу атомно-силової мікроскопії, стабілізатора напруги і наноіндентування. Нітрид-титанові плівки випалювали за температури 100...300oC. Шорсткість їхньої поверхні, що досліджувалася методом атомно-силової мікроскопії, зменшилася з 3,83 до 2,43 нM із підвищенням температури відпалу в інтервалі 100...300°С. Швидкість корозії плівок, яку вимірювали за допомогою стабілізатора напруги в 0,5%-ному молярному розчині H2SO4, зменшилася з 8,57×10-2 до 4,59×10-2 мм, у той час як температура відпалу підвищилась із 100 до 300°C. Зростання корозійної стійкості залежить від збільшення твердості і модуля пружності плівки з температурою відпалу. Дослідження плівки за допомогою методу атомно-силової мікроскопії показало, що нітрид титану, який випалювався за більш високої температури, має дрібнозеренну структуру. Установлено, що механічні властивості нітрид-титанових плівок можна значно покращити шляхом відпалу. Отримав підтвердження той факт, що контроль процесу відпалу необхідний для удосконалення властивостей нітрид-титанових плівок.
Ключові слова: магнетронне напилення, нітрид-титанові плівки, відпал, наноіндентування.

Представлено чисельне дослідження за допомогою методу дискретних елементів впливу скочування і дроблення частинок на еволюцію анізотропій скочування частинок (мікроструктура) і силового ланцюжка. Для опису анізотропії мікроструктури використовується структурний класичний тензор, а два аналогічних тензора орієнтації, що характеризуються напрямком контактних зусиль, - для визначення анізотропії силового ланцюжка. Результати чисельного дослідження показали, що еволюція анізотропій має той же характер, що і залежність деформації від напруження, однак анізотропія силового ланцюжка є більш інтенсивною порівняно з анізотропією мікроструктури. Більш того, скочування частинок по-різному впливає на анізотропію до і після досягнення максимального значення напруження, в той час як дроблення частинок зменшує анізотропію гранульованих матеріалів.
Ключові слова: гранульовані матеріали, анізотропія, метод дискретних елементів, скочування часток, дроблення часток.

Досліджено вплив анізотропії, що визначається орієнтацією SiC частинок, на механічні властивості при розтязі SiCp/Al-Si композита, отриманого методом напилення. Результати дослідження SiCp/Al-Si композита зіставляли з такими сплава, що має незміцнювану матрицю. При розтязі Al-Si сплаву в умовах максимального старіння завдяки введенно SiC частинок модуль пружності збільшується, а границя міцності і подовження зменшуються. Визначення характеристик мікроструктури показало, що зміцнювані частинки переважно орієнтовані у напрямку, паралельному осі екструзії. При значному зміцненні ступінь анізотропії, що визначається орієнтацією частинок, значно вища. Значення модуля пружності, границі міцності і подовження при розтязі в поздовжньому напрямку (паралельно осі екструзії) більші, аніж у поперечному (перпендикулярно до осі екструзії). Ознакою механізму руйнування композита з частинками розміром 4,5 мкм вважають граничний розподіл між SiC частинками і матрицею у двох напрямках. У випадку зміцненого алюмінію з частинками розміром 20 мкм розтріскування SiC частинок у поздовжньому напрямку і граничний розподіл у поперечному напрямку відіграють важливу роль у процесі руйнування.
Ключові слова: SiCp/Al композит, напрям, розмір часток, нанесення методом напилювання, механічні властивості при розтязі.

Удосконалено пластинчасту структуру та зносостійкість покриттів, отриманих електродуговою металізацією. За допомогою дугового зварювання вольфрамовим електродом у середовищі інертного газу проведено переплавку покриттів на основі FeNiCrAl, отриманих електродуговою металізацією. Із використанням методів оптичної мікроскопії, растрової електронної мікроскопії та дифракції рентгенівських променів проведено порівняльне дослідження структури і фазового складу напилених і переплавлених покриттів. Вивчено вплив обробки шляхом переплавки на механізм зношення покриттів, отриманих електродуговою металізацією. Установлено, що реалізація дугового зварювання вольфрамовим електродом у середовищі інертного газу дозволяє розробляти покриття без пор і тріщин. Подальші дослідження показали, що основними ознаками зношення покриттів, отриманих електродуговою металізацією, є розщеплення оксиду, в той час як покриттів, переплавлених за допомогою дугового зварювання вольфрамовим електродом у середовищі інертного газу, - різання і проорювання.
Ключові слова: високошвидкісна металізація електродуги, процес переплавлення, мікроструктура, знос.

Полімери, армовані скловолокном, мають підвищену корозійну стійкість, тому використовуються на будівництві як альтернатива стальній арматурі. Арматурний стрижень, армований скловолокном, має високу границю міцності при розтязі, середній модуль пружності і пружну поведінку майже до руйнування. Для розрахунку даного стрижня необхідно використовувати нетрадиційний підхід, оскільки припускається, що зв’язок на границі поділу між арматурним стрижнем, армованим скловолокном, і бетоном відрізняється від такого для традиційних стальних стрижнів, оскільки параметри, що мають вплив на характеристику міцності, мають різні значення. Представлено результати експериментальних і аналітичних досліджень щодо оцінки міцності зв’язку полімерних стрижнів, армованих скловолокном, за монотонного або циклічного змінного навантаження. Для експериментальних випробувань використовували 30 зразків. Установлено, що значення міцності при зсуві по поверхні поділу для полімерних стрижнів, армованих скловолокном, відрізняються від таких для стальних. Процес знеміцнення полімерних стрижнів, армованих скловолокном, під час циклічного змінного навантаження більш жорсткий, аніж за монотонного навантаження.
Ключові слова: полімер, армований скловолокном, міцність зв'язку, схеми навантаження, знеміцнення.

Визначення траєкторії тріщини є важливим при прогнозуванні непередбачуваного руйнування або при оцінці довговічності від утомленості конструкційного матеріалу. Запропоновано новий метод моделювання траєкторії локальної тріщини під час навантаження змішаного типу за допомогою моделі, що базується на методі скінченних елементів. Елемент, що моделює тріщину, розбивають на два вздовж поширення тріщини з використанням критерію максимальних дотичних напружень (Kп = 0). Далі змінюється інформація щодо номерів елемента і вузла, оскільки метод трансфікції виключає використання сингулярних елементів. Переваги незначної перебудови скінченноелементної сітки тільки в локальній зоні дозволили за допомогою запропонованого методу дослідити три класичні проблеми росту стаціонарної тріщини: поширення краєвої тріщини в двоконсольній балці, моделювання тріщиноутво- рення в асфальтобетонних балках і тріщина в стандартному поздовжньому з’єднанні у газопроводі. Розрахунковий коефіцієнт інтенсивності напружень і траєкторія тріщини, спрогнозована за допомогою описаного методу, добре відповідають теоретичним даним, представленим у літературних джерелах. Розглянуто оптимальну конструкцію структури, якій невластиве швидке руйнування.
Ключові слова: скінченноелементний аналіз, траєкторія тріщини, елемент, що моделює тріщину, коефіцієнт інтенсивності напружень, руйнування змішаного типу.

На основі мікроструктури куленепробивного керамічного композиційного матеріалу, зміцненого дрібними частинками, і характеру внутрішньокристалічного руйнування розроблено модель руйнування при скупченні дислокацій, тобто досліджено механізм виникнення, росту і злиття тріщин. При розробці моделі руйнування при розповсюдженні тріщини враховували спільний вплив процесів викришування дрібних частинок і розтріскування великих. Вивчено вплив відносного об’єму частинок і діаметра матричного зерна на опір руйнуванню. Експериментальні дані показали, що запропонована модель прогнозування міцності є ефективною і загальновживаною.
Ключові слова: міцність, куленепробивний керамічний матеріал, частка, скупчення дислокацій, поширення тріщини.

При роботі ядерного реверс-потокового реактора керамічні стільникові регенератори зазнають дії термоударного навантаження. За допомогою програмного забезпечення СБХ проведено чисельне моделювання епюр температури і температурного напруження керамічних стільникових регенераторів. Досліджено зміну температур у часі для керамічних стільникових регенераторів з отворами різної форми. Проаналізовано епюри температурного напруження регенераторів із різними конструкційними й експлуатаційними параметрами. Установлено, що температурне напруження керамічного стільникового регенератора залежить від форми отвору, пористості і товщини стінок. Результати даного дослідження є теоретичною базою для оптимізації керамічних стільникових регенераторів.
Ключові слова: керамічний стільниковий регенератор, чисельне моделювання, температура, температурне напруження.

Із метою дослідження довговічності від утомленості бурового долота з різними параметрами технологічного проектування проведено моделювання процесу підрізки вугільного пласта за допомогою долота на основі твердотільної моделі. Зміну напруження в з’єднанні між лопаткою і твердосплавною головкою отримали шляхом моделювання процесу проектування за різних параметрів розробки слабкого з’єднання (кут підрізки, товщина і крок долота). Довговічність від утомленості долота спрогнозували за допомогою удосконаленого методу дощового потоку і правила Майнера. Згідно з даними випробувань на утому значення амплітуди напружень і накопичення пошкоджень за один хід є найменшими при куті підрізки 80°, при цьому кількість робочих ходів і годин пошкодженого долота сягає максимуму. Чим товще долото, тим більший його опір і тим значніше пошкодження. Окрім того, чим менший крок долота, тим простіше його спроектувати і тим менше пошкодження. Результати випробувань збігаються з даними теоретичного аналізу.
Ключові слова: долото, втомна довговічність, вдосконалений метод дощового потоку, крок долота, товщина долота, кут підрізування.

Експериментально досліджено вплив сили затиску, тертя і розміру шайби на статичні характеристики шаруватих композитів із наскрізними і болтовими отворами. Проведено порівняння статичної границі міцності при розтязі і характера руйнування шаруватих композитів із наскрізними і болтовими отворами. Результати експериментальних досліджень показали, що на статичну границю міцності при розтязі шаруватих композитів впливає початкове пошкодження незалежно від наявності наскрізного чи болтового отвору. Порівняльний аналіз результатів досліджень зразків із наскрізними і болтовими отворами підтвердив той факт, що вид отвору (наскрізне чи болтове) незначно впливає на міцність від утомленості при розтязі досліджуваних шаруватих композитів. Установлено, що такі чинники, як розмір шайби, сила затиску болта і сила тертя, суттєво впливають на границю міцності при розтязі шаруватих композитів із наскрізним чи болтовим отвором. Використання стовщених шайб між шаруватим матеріалом і болтом-заклепкою значно збільшує статичну міцність і довговічність шаруватих композитів із болтовими отворами.
Ключові слова: границя міцності при розтязі, болтовий отвір, сила затиску, втома.

Технологія автоматичного укладання термопластичного композитного волокна, що є однією з радикальних технологій отримання великих або дуже великих компонентів композитів із комплексними формами поверхні, широко використовується в авіаційно-космічній промисловості. Об’єктом дослідження слугували вісім груп шаруватих матеріалів із різними кутами конструктивного розміщення, які отримано за допомогою алгоритма розміщення змінного кута конічної оболонки. Представлено алгоритм розміщення змінного кута для конічної оболонки і модель на основі методу скінченних елементів для термопластичних шаруватих композитів зі змінним кутом. Для кожної групи матеріалів проведено статистичний аналіз, дослідження методом розкладання за власними формами і розрахунок стійкості. Установлено, що залежність напруження-деформація, модальна міцність і міцність при поздовжньому згині шаруватих матеріалів зі змінним кутом періодично змінюються в залежності від кута конструктивного розміщення.
Ключові слова: термопластичний композит, технологія автоматичного укладання волокна, шаруваті матеріали зі змінним кутом, залежність напруга-деформація, модальна міцність, міцність при поздовжньому згині.

На базі комплексної теорії міцності проаналізовано пластичність металічного коліна при внутрішньому тиску з урахуванням одинакову проміжного головного напруження і різної міцності при розтязі і стиску. Отримано комплексні розв’язки для колін, що мають і різну товщину стінок і локальне стоншення. Із метою вивчення впливу параметра комплексної теорії міцності, ступеня розтягу-стиску, коефіцієнта згину і товщини стінок проведено параметричне дослідження. Порівняльний аналіз розрахункових і експериментальних даних показав хорошу їх відповідність. Установлено, що при розрахунку металічних колін комплексні розв’язки є багатофункціональними, про що свідчать отримані дані. Урахування проміжного головного напруження сприяло вивченню прихованих потенційних можливостей металічних колін. Комплексні розв’язки мають важливе практичне значення для оптимального проектування і технічного використання металічних колін.
Ключові слова: комплексна теорія міцності, металеві матеріали, коліно, граничний внутрішній тиск.

Високошвидкісне різання широко використовується в авіакосмічній, автомобільній та інших галузях промисловості. Однак комплексний механізм процесу високошвидкісного різання ще недостатньо вивчений. На основі аналізу теплової рівноваги між тепловиділенням і споживанням енергії при високошвидкісній обробці без мастильно-охолоджуючої рідини запропоновано моделі теплових джерел та полів температур різання. Для аналізу впливу виділення і виходу тепла при обробці на високих швидкостях різання виведено математичні моделі температур різання для трьох зон деформування. Визначено співвідношення розподілу тепла між стружкою, різаком і заготівкою, що ілюструють ступінь пропорційності зі швидкістю за допомогою пакета прикладних програм MATLAB.
Ключові слова: високошвидкісне різання без мастильно-охолоджувальної рідини, поле температур, розподіл тепла, що виділяється при різанні, аналітичний метод.

За допомогою числового методу досліджено динамічні характеристики градієнтних тришарових піноматеріалів типу Вороного. Досліджено поглинання енергії, дистальні напруження градієнтного піноматеріалу і напруження під час удару. Установлено, що початкове максимальне напруження під час удару і передчасне поглинання енергії градієнтного піноматеріалу зменшуються за низької міцності першого шару. Небажаний вплив на поглинання енергії можна зм’якшити шляхом зменшення товщини першого шару. Різницю між щільністю перших двох шарів необхідно контролювати у межах граничного діапазону, щоб запобігти виникненню максимального напруження у другому шарі. Слабкий дистальний шар може сприяти зниженню дистального напруження піноматеріалу за високої швидкості удару, в той час як значний градієнт щільностей останніх двох шарів призведе до передчасного збільшення дистального напруження при середній швидкості удару.
Ключові слова: градієнтний піноматеріал, удар, максимальна напруга, дистальна напруга, поглинання енергії.