Офіційний веб сайт

Цикл наукових праць "Синергетика та термодинаміка межового тертя"

М28

 

 

Автор:  Ляшенко Я.О., к.ф.-м.н.

 

Представлений Сумським державним університетом

 

Робота пояснює причини, що призводять до появи тих чи інших режимів тертя у нанопристроях, дає можливість на основі сформульованих принципів досліджувати вплив багатьох факторів на систему.

Опрацьовано теорію межового тертя, яка дозволяє описувати поведінку ультратонких шарів змащувальних матеріалів, що затиснуті між атомарно-гладкими твердими поверхнями. Теоретично описано зсувне та термодинамічне плавлення; періодичний та стохастичний переривчасті режими; ефекти пам’яті, фазові переходи першого та другого роду; вплив керуючих параметрів на стан мастила, нерівноважні процеси, що відбуваються при русі поверхонь, гістерезисну поведінку; залежності частоти фазових переходів та амплітуди напружень від пружних параметрів, різні залежності в’язкості та умови зменшення тертя.

Показано, що при підвищенні зовнішнього тиску фазовий перехід першого роду замінюється неперервним переходом другого роду. Встановлено, що при підвищенні температури відбувається збільшення частоти переходів плавлення/тверднення.

Запропоновано нові підходи: для опису межового тертя отримано нову реологічну модель в’язко-пружного середовища; враховано тиск на поверхні тертя через перший інваріант тензора деформацій, який входить до розкладу вільної енергії.

Результати роботи дозволяють спрогнозувати режими тертя, які виникають у реальних трибологічних системах, і можуть використовуватися для зменшення тертя в існуючих трибологічних системах нанорозмірів і, відповідно, для збільшення терміну їх роботи.

 

Кількість публікацій: 82,в т.ч за темою роботи 22 статті (9 у зарубіжних журналах), 35 тез доповідей, загальний індекс цитування публікацій складає 17 (згідно баз даних Scopus), h-індекс=5.

Надіслати коментар

Коментарі

Самойлов Владимир Николаевич

В работе автора изучается режим трения, возникающий при толщине смазочного материала в несколько атомных диаметров. Такой режим принципиально отличается от гидродинамического и сухого трения, поскольку проявляет аномальные свойства, связанные с взаимодействием молекул смазочного материала с поверхностями трения, а также взаимодействием самих поверхностей. Поставленная автором задача решается при применении методов синергетики и неравновесной термодинамики, которые позволяют описать кинетические режимы трения, возникающие в наноразмерных трибологических системах.
Повышенную актуальность такие системы приобрели в последние годы, в связи с развитием экспериментальных методов исследования, и неувязкой результатов экспериментов по исследованию граничного трения с классическими теориями. Автор в работе теоретически описывает множество эффектов, наблюдавшихся ранее экспериментально, такие как сдвиговое и термодинамическое плавление, эффекты памяти, пластическое течение смазочного материала, прерывистый режим трения, плавление за счет температурных флуктуаций, и т.д.
Несомненно, работа Ляшенко Я.А. расширяет представления о граничном режиме трения и имеет фундаментальный научный интерес. Следует отметить также, что работа имеет высокое практическое значение, поскольку в ней найдены параметры смазочных материалов, при которых реализуются оптимальные режимы трения в трибологических системах. Считаю, что работа является полной, обладает актуальностью, выполнена на высоком теоретическом уровне, и согласно этому заслуживает высокой оценки.

Доцент кафедры общей физики
физического факультета
Московского государственного
университета им. М.В. Ломоносова,
кандидат физико-математических наук

Головач Юрій Васильович

Праці п. Якова Ляшенка, подані на здобуття премії Президента України для молодих вчених, присвячені теоретичному дослідженню процесів, що відбуваються при терті гладких поверхонь, розділених тонким шаром мастила. Актуальність такої задачі важко переоцінити. Наука про тертя – трибологія – має давню традицію і є складовою, радше, матеріалознавства та класичної механіки. Проте характерною рисою проведених співшукачем та його колегами досліджень є застосування методів і концепцій теоретичної фізики. Саме це дозволило успішно описати цілий ряд процесів, що відбуваються в такій системі. Серед них – ефекти самоорганізації полів зсувних напружень і деформації, явище гістерезису, фрагментація металу, фазові переходи.

Підхід, що полягає в застосуванні вже класичних методів теоретичної фізики в поєднанні з найновішими її здобутками для опису процесів самоорганізації в об'єктах сучасного матеріалознавства, вже віддавна став характерною рисою досліджень сумської школи теоретичної фізики світлої пам’яті професора Олександра Олємського. Приємно відзначити, як те, що їх роботи заслужено здобули міжнародне визнання, так і те, що на прикладі здобувача бачимо успішну роботу вже третього покоління цієї школи. Результати досліджень належно опубліковані (понад 20 статей у міжнародних та провідних українських виданнях). Вважаю, що робота є достойною присудження премії Президента України для молодих вченихю

Завідувач лабораторії статистичної
фізики складних систем Інституту
фізики конденсованих систем НАН України,
д.ф.-м.н., проф.

Штомпель Володимир Іванович

В роботі Ляшенка Я.О., представленій на здобуття премії Президента України для молодих вчених, побудована термодинамічна і синергетична теорії для опису поведінки надтонкого шару мастила в режимі межового тертя. Обрана автором тематика є актуальною, оскільки в останні роки багато уваги приділяється дослідженню наносистем. В питанні тертя на наномасштабному рівні багато невирішених питань, хоч такими дослідженнями займаються у світі багато вчених та інженерів. Велика кількість теоретичних досліджень виконуються за допомогою методів молекулярної динаміки, але в цьому випадку неможливо описати тривалі процеси, тому автор вибирає феноменологічний підхід, узгоджуючи його з відомими теоретичними і експериментальними даними. Слід зауважити, що майже всі статті автора присвячені дослідженню межового тертя, що єднає їх в єдину працю. Про достовірність і значущість отриманих результатів говорить також те, що декілька статей автора опубліковано в спеціалізованих журналах, таких як ”Трение и Износ”, ”Tribology International” тощо.
На основі прочитаного реферату роботи, а також ознайомлення з декількома статтями автора, вважаю, що робота актуальна, має важливі наукові результати і Ляшенку Я.О. може бути присуджена премія Президента України для молодих вчених

Доктор хімічних наук,
старший науковий співробітник,
провідний науковий співробітник
відділу модифікації полімерів
Інституту хімії високомолекулярних
сполук НАН України

Горбенко Євген Євгенович

Головною задачею роботи є дослідження кінетики плавлення ультратонкого шару змащувального матеріалу, що затиснуто між двома твердими атомарно-гладкими поверхнями. В роботі розроблено два підходи для вивчення таких систем. Перший підхід базується на представленнях самоорганізації полів напружені і деформації, а також температури в шарі мастила, що припускає використання синергетичної концепції, другий підхід є термодинамічним. В обох випадках описано термодинамічне і зсувне плавлення, що властиво трибологічним системам нанорозмірів.
Треба відмітити, що в роботі автор завжди приділяє увагу дослідженню переривистого режиму межового тертя, який спостерігається експериментально, оскільки причини, які призводять до його появи, досі залишають ряд невирішених питань в трибології.
Обрана автором тематика є безумовно актуальною, оскільки зменшення тертя на наномасштабах важливо для побудови механічних наносистем. Для таких систем є проблема відведення тепла від рухомих об’єктів, які при сильному нагріванні можуть руйнуватися. Якщо сила тертя буде малою, це призведе до зменшення дисипації механічної енергії, і зменшення загальної температури системи.
В роботі автора будуються фазові діаграми, які показують, у якому діапазоні параметрів сила тертя набуває малих значень, а де вона велика.
У зв’язку з цим вважаю, що робота є актуальною, частково вирішує значну наукову проблему, і заслуговує присудження премії.

Доцент кафедри фізики та нанотехнологій
Луганського національного університету
імені Тараса Шевченка,
кандидат фізико-математичних наук, доцент

Стефанович Леонід Ілліч

Питання, що стосуються процесів межового тертя, затребувані потребами мікроелектроніки, а в останній час і наноелектроніки. Такі системи використовуються у мініатюрних двигунах, запам’ятовувальних комп’ютерних пристроях, тощо. Фізична модель процесу плавлення мастила, що базується на описі в’язко-пружного середовища, має вагомі відмінності у порівнянні з традиційними механістичними підходами щодо опису таких систем. Одним з прикладів такої різниці є те, що у використаній моделі враховується внутрішній стан мастила – його температура, в’язкість, виникаючі в прошарку напруження та деформація. У рамках цієї моделі при врахуванні різних ефектів (кольорових та білих шумів, дефекту модуля зсуву, гістерезисних явищ) отримано результати, які якісно збігаються з відомими експериментами. При дослідженні фрагментації металів знайдено режим, у якому можуть формуватися квазіфрактальні зеренні структури, що також спостерігається експериментально. Тема роботи безумовно є актуальною, вона також має фундаментальний інтерес, обумовлений невиконанням звичайних законів фізики щодо режиму межового тертя та складністю проблеми теоретичного вивчення методу інтенсивної пластичної деформації.
До важливих результатів роботи слід віднести теоретичний опис різних режимів переривчастого (stick-slip) тертя, що є причиною руйнування деталей, що труться. В роботі описано експериментально спостережувану гістерезисну поведінку підчас плавлення ультратонкої плівки мастила при фазових переходах першого і другого роду. Знайдено параметри, за яких реалізується гістерезисна поведінка. Досліджено процеси плавлення при різних співвідношеннях часів релаксації. Вивчено вплив температурних залежностей в'язкості у вигляді закону Фогеля-Фулчера та степеневого виразу. Проаналізовано вплив флуктуацій на поведінку мастила. Побудовано фазову діаграму з урахуванням деформаційного дефекту модуля зсуву. Знайдено переривчастий режим плавлення, за якого мастило постійно плавиться та твердне випадковим чином. Досліджено самоподібний режим поведінки твердоподібного мастила. Також аналізується вплив корельованих флуктуацій температури, що відбуваються за рахунок малого розміру системи. При цьому отримано якісно нові режими переривчастого тертя, у яких реалізуються декілька стаціонарних станів, між якими здійснюються переходи.
У роботі використано багато сучасних методів з різних розділів теоретичної фізики - методи теорії фазових переходів, теорії деформованого твердого тіла, реологічні методи. Також використано багато методів обчислювальної математики для комп’ютерного розв’язання виникаючих проблем.
Робота Ляшенко Я.О., у цілому, являє собою цілеспрямоване та повне теоретичне дослідження, що виконане на високому науковому рівні та представляє інтерес як в науковому, так і в практичному відношенні. Отримані результати розширюють фізичні уявлення про процеси, які відбуваються при межовому терті та фрагментації металів.

Доктор фізико-математичних наук,
старший науковий співробітник,
провідний науковий співробітник
відділу електронних властивостей металів
Донецького фізико-технічного інституту
ім. О.О. Галкіна НАН України