Самоорганизация и формирование низкоразмерных систем при удалении от равновесия

Abstract

Дисертацію присвячено дослідженню моделей самоорганізації низьковимірних конденсованих систем, що базуються на самоузгоджених диференціальних рівняннях. Запропоновано синергетичну реологічну модель Лоренца, яка описує плавлення ультратонкої плівки мастила. Описано гістерезис, який виникає під час плавлення. З урахуванням впливу білого та кольорового шумів розраховано фазові діаграми з областями сухого, рідинного та переривчастого тертя. Проведено якісний аналіз часових залежностей напружень для всіх областей діаграм. Визначено умови реалізації самоподібного режиму плавлення мастила. Знайдено параметри, за яких тертя зменшується. Фрагментацію металів у процесі інтенсивної пластичної деформації розглянуто з позицій теорії фазових переходів Ландау. Синергетична концепція використовується для опису утворення потокових станів сипких середовищ (лавин), механізму вибухової кристалізації ультрадисперсних аморфних плівок, ефекту пам'яті і неергодичності в нерівноважних термодинамічних системах та фазових переходів з комплексним параметром порядку і між режимами транспортного потоку. На основі аналізу експериментальних даних про нано- та субмікрокристали показано, що їх аномальний характер обумовлений переходом у гетерогенний стан, у якому пружне поле меж зерен екранується прошарком, що характеризується в'язкiстю. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/15980

Диссертация посвящена исследованию моделей самоорганизации низкоразмерных конденсированных систем, основанных на самосогласованных дифференциальных уравнениях. Предложена реологическая модель Лоренца, которая описывает плавление ультратонкой пленки смазки, заключенной между атомарно--гладкими твердыми поверхностями. Показано, что этот процесс обусловлен самоорганизацией сдвиговых напряжений и деформации, а также температуры смазки. На основе уравнения Гинзбурга-Ландау-Халатникова описаны пространственные зависимости указанных величин. Учитывая зависимость модуля сдвига смазки от напряжений, проанализированы гистерезисные явления при фазовом переходе первого рода. С помощью исследования фазовых портретов показано, что прерывистое движение реализуется, если время релаксации температуры смазки превышает его значение для сдвиговых напряжений и деформации. Гистерезис при плавлении смазки по механизму фазовых переходов первого и второго родов описан при учете зависимости модуля сдвига от деформации. Установлено существование двух режимов поведения смазки - твердоподобного и жидкоподобного. Первый отвечает гуковскому участку диаграммы нагружения, и второй - участку пластического течения. При различных отношениях времен релаксации сдвиговых напряжений и деформации построены фазовые портреты системы. При температурных зависимостях вязкости в виде закона Фогеля-Фулчера и степенного соотношения определены общие выражения для температуры поверхностей трения, при которой смазка плавится. Исследовано плавление смазки с учетом аддитивного некоррелированного шума основных параметров. На фазовой диаграмме определены области сухого, жидкостного и прерывистого трения. Показано, что изменение интенсивностей флуктуаций температуры и сдвиговой деформации смазки может переводить систему ко всем указанным режимам трения. При численном анализе уравнения Ланжевена получены временн\'ые траектории сдвиговых напряжений, и показаны случайные переходы между режимами трения, приводящие к прерывистому движению. Рассмотрено плавление смазки за счет диссипативного разогрева сдвигаемых поверхностей. Самоподобный режим плавления твердоподобной смазки описан при учете нелинейной релаксации напряжений и дробного характера обратных связей в системе Лоренца. Проведено исследование влияния коррелированных флуктуаций температуры смазки на характер ее плавления. На фазовой диаграмме появляются области, где прерывистое движение характеризуется переходами между сухим, метастабильным и устойчивым жидкостным режимами трения. Проведено рассмотрение, базирующееся на принципах теории фазовых переходов Ландау, которое дает картину фрагментации твердых тел в процессе интенсивной пластической деформации. В детерминистическом случае и при учете белого шума построены фазовые диаграммы с областями реализации различных типов предельных зернистых структур. Установлено, что с увеличением упругих деформаций размер зерен в предельных структурах уменьшается. Определены условия образования квазифрактальных зернистых структур. Образование одиночной лавины представлено синергетической системой Лоренца, параметризуемой компонентами скорости и наклоном поверхности сыпучей среды, величины которых испытывают аддитивный шум. В результате построена фазовая диаграмма, определяющая области равновесного, неравновесного и смешанного состояний. Дробная система Лоренца позволяет воспроизвести степенную форму распределения горизонтальной скорости лавин по ее величине. Исследован механизм взрывной кристаллизации в аморфных пленках. Найдены условия перехода от холодной к взрывной кристаллизации. Исследование стационарных распределений теплоты кристаллизации и теплового потока по иерархическим уровням приводит к определению условий взрывной кристаллизации в зависимости от температуропроводности. Изложена суперсимметричная теория неравновесных термодинамических систем. Представлены микроскопическая интерпретация и суперсимметричный лагранжев формализм, позволяющие воспроизвести уравнения Лоренца. Построена фазовая диаграмма, определяющая области упорядоченной, неупорядоченной, эргодической и неэргодической фаз. Установлено, что система комплексных уравнений Лоренца позволяет описать основные особенности фазового перехода второго рода с комплексным параметром порядка. Образование транспортного затора представлено как синергетический фазовый переход. На основе анализа экспериментальных данных показано, что аномальное сочетание твердости и пластичности нано- и субмикрокристаллов обусловлено наличием жидкоподобной прослойки, формирующейся вблизи границы зерна. Зерно нано- и субмикрокристаллов представляет гетерогенное состояние, состоящее из центральной области с идеальной кристаллической решеткой и сферического зернограничного слоя с размытым атомным потенциальным рельефом. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/15980

The thesis is devoted to study of self-organization models of low-dimensional condensed systems based on the self-consistent differential equations. The synergetic rheological Lorenz model is proposed describing the ultrathin lubricant film melting. Hysteresis, arising at melting, is described. Taking into account influence of white and colored noises the phase diagrams are calculated with the domains of dry, sliding, and stick-slip friction. The qualitative analysis of time dependencies of stress is carried out for all domains of diagrams. The realization conditions of self--similar mode of lubricant melting are defined. The parameters are found at which the friction decreases. Fragmentation of metals at severe plastic deformation is considered on the basis of Landau phase transitions theory. Synergetic conception is applied for description of formation of the flux steady states of granular mediums (avalanches), mechanism of explosive crystallization of ultradisperse amorphous films, effect of memory and non-ergodicity in the non-equilibrium thermodynamic systems, and phase transitions with the complex order parameter and between the traffic flow modes. With the analysis of experimental data on the nano-- and submicrocrystals it is shown that their anomalous character is caused by transition to the heterogeneous state, where the elastic field of grain boundaries is screened by the layer that is characterized by viscosity. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/15980