ipmash@ipme.ru | +7-812-321-47-78
пн-пт 10.00-17.00
Институт Проблем Машиноведения РАН ( ИПМаш РАН ) Институт Проблем Машиноведения РАН ( ИПМаш РАН )

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт проблем машиноведения Российской академии наук

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт проблем машиноведения Российской академии наук

от 08.09.2022 - по материалам кандидатской диссертации

Дата и время проведения:
14:00
Тема:
по диссертации Григорьевой Полины Михайловны на тему «Влияние деформаций высокопрочных конструкционных материалов на транспорт водорода из внешней среды»
Повестка дня (вопросы мероприятия):

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН)

по диссертации Григорьевой Полины Михайловны на тему «Влияние деформаций высокопрочных конструкционных материалов на транспорт водорода из внешней среды», представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 1.1.8 (ранее 01.02.04) – «механика деформируемого твердого тела»

(Выписка из протокола № 7/22 от « 8 » сентября 2022 г. заседания научного семинара по механике)

Председатель — Индейцев Дмитрий Анатольевич, чл.-корр. РАН, д.ф.-м.н., профессор, Научный руководитель ИПМаш РАН.

Секретарь: Серого Е.В.

Присутствовали: 14 человек, в т.ч. 7 докторов, 2 кандидата наук: директор ИПМаш РАН, д.т.н. В.А. Полянский; чл.-корр. РАН, д.ф.-м.н., Д. А. Индейцев; д.ф.-м.н. М. Ю. Гуткин; д.ф.-м.н. Н.М. Бессонов; д.ф.-м.н. А. Б. Фрейдин; д.ф.-м.н. Е.Н. Вильчевская, д.т.н. В.Г. Кузнецов, к.ф.-м.н. Е.В. Подольская, к.ф.-м.н. Г.В. Филиппенко, Е.В. Серого, Фролова Ксения, Ляжков Сергей, Павлов Семен, Кабанова Полина.

Слушали: выступление Григорьевой Полины Михайловны, стажера-исследователя лаборатории «Прикладных исследований» ИПМаш РАН по диссертационной работе «Влияние деформаций высокопрочных конструкционных материалов на транспорт водорода из внешней среды», на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 1.1.8 (ранее 01.02.04) – «механика деформируемого твердого тела», выполненной ей в лаборатории «Прикладных исследований» ИПМаш РАН. Соискатель Григорьева Полина Михайловна в 2017 г. окончила с отличием магистратуру в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого, в 2021 г. окончила аспирантуру в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого; работает в ИПМаш РАН с 2017 г.

Научный руководитель: доктор технических наук, директор ИПМаш РАН Полянский Владимир Анатольевич.

В обсуждении приняли участие: д.т.н. В.А. Полянский; чл.-корр. РАН, д.ф.-м.н., Д. А. Индейцев; д.ф.-м.н. М. Ю. Гуткин; д.ф.-м.н. Н.М. Бессонов; д.ф.-м.н. А. Б. Фрейдин; д.т.н. В.Г. Кузнецов, к.ф.-м.н. Г.В. Филиппенко.

На все заданные в ходе обсуждения вопросы были даны аргументированные ответы.

Постановили: по результатам рассмотрения диссертации на основании обсуждения принять следующее заключение.

Диссертационная работа П.М. Григорьевой посвящена изучению транспорта водорода в предварительно напряженных средах. Как известно, в этом случае классический закон Фика, адекватно описывающий диффузию массы, оказывается неприменимым вследствии неучёта дополнительного переноса массы за счет градиента напряженного состояния самой среды.

Автор правильно указывает на тот факт, что эффективный коэффициент диффузии должен складываться из классического, в общем случае зависящего от напряженного состояния, и из коэффициента, определяющего транспорт вещества за счет градиента тензора напряженного состояния среды.

Определение этого второго потока диффузии Григорьева П.М. проводит, с одной стороны, на основании модели Киссинджера, предполагая, что транспорт водорода осуществляется за счет химической реакции, с другой – используя ловушечные модели диффузии. В этих случаях, используя известные модели, описывающие влияние напряженного состояния на продвижение фронта химической реакции и на диффузию водорода по ловушечным модам, автору удалось наиболее близко приблизиться к полученным экспериментальным данным в отличие от известных работ по этой теме.

В работе приведены задачи, решение которых показывает на формирование пограничного слоя водорода. Проводится анализ сравнения теоретических и экспериментальных результатов.

Необходимые параметры найдены из анализа экспериментальных данных.

По выступлению сделаны замечания:

1.Отсутствие анализа известных моделей, указывающего на невозможность их использования для описания существующих экспериментов.

2.Недостаточно четкая и корректная постановка задач в докладе для убедительного доказательства работоспособности предложенной модели.

Автору было предложено поправить свой доклад.

Работа выполнена на высоком научном уровне.

Актуальность темы диссертации обуславливается широким распространением в науке материалов, чувствительных к малой концентрации водорода и к его распределению внутри них, а также развитием водородной промышленности и разработкой интегральных микросхем.

Таким образом, тема диссертации Григорьевой П.М. является актуальной.

В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:

1. Определен вклад диффузионных потоков, зависящих от механических напряжений, в скорость локализованной на ее фронте химической реакции в твердом теле, кинетика которой описывается с учетом тензорной величины химического сродства. Было проведено сравнение различных способов учета зависимости коэффициента диффузии от приложенных и индуцированных химической реакцией напряжений или деформаций, была предложена рациональная модель тензодиффузии и проанализирована целесообразность ее применимости.

2. Разработана модель дифузии с учетом тензора поврежденности металла. Уточнена и дополнена модель диффузии газа, учитывающая напряженно-деформированное состояние твердого тела в рамках подхода линейной неравновесной термодинамики. Впервые были записаны и решены уравнения МакНаба и Фостера и уравнения диффузии с полным учетом вклада напряженно-деформированного состояния в процесс транспорта водорода. Модели специфицированы на случай транспорта водорода внутрь металлов. Описан механизм различных каналов диффузии, определяющих транспорт связанного водорода.

3. Для анализа результатов полученных моделей диффузии и их верификации были численно решены осесимметричная и плоская задачи. Разработаны, построены и апробированы численные методы для решения связанных краевых задач диффузии.

4. Разработан и реализован комплексный подход к описанию возникновения и поведения насыщенного водородом поверхностного слоя в металлах, наблюдаемого экспериментально.

Все основные результаты работы являются новыми.

Полученные результаты могут быть использованы для исследования влияния деформаций конструкционных материалов на транспорт водорода из внешней некоррозионной среды. Предложенные в работе подходы к моделированию диффузии позволяют описать возникновение тонкого приповерхностного слоя, насыщенного водородом, что может быть использовано при дальнейшем изучении механизмов водородной деградации и диффузии газов внутрь твердых тел в общем случае. Кроме того, полученные результаты могут послужить теоретической базой для разработки практических методик прогнозирования и оценки остаточного ресурса конструкционных материалов. Результаты работы могут быть использованы и при разработке методов хранения и транспортировки изотопов водорода, а также при разработке методик оценки остаточного ресурса кремниевых интегральных микросхем.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач и выбора методов исследования, строгостью применяемого математического аппарата, выполнимостью предельных переходов к известным решениям, адекватностью физическим представлениям о фактически наблюдаемых явлениях, а также качественным и количественным соответствием экспериментальным данным.

Все результаты диссертации получены автором самостоятельно.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1 российской и 3 международных конференциях, на 1 российской конференции с международным участием, а также на семинарах ИПМаш РАН и зарубежном семинаре Технического университета Берлина.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 10 работах, в том числе в 2 работах в изданиях, включенных в перечень ВАК, и в 5 работах в изданиях, входящих в международные базы данных SCOPUS и Web of Science.

Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК

1.Григорьева П.М. Влияние выбора ловушечной модели на диффузию водорода в металлы из внешней среды // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. –Т. 15. № 3. –С. 71-82.

2.Grigoreva P., Vilchevskaya E. N., Muller W. H. Modeling stress-affected chemical reactions in solids–a rational mechanics approach // Advances in Mechanics of Microstructured Media and Structures. – Springer, Cham, 2018. – С. 157-183

Публикации в изданиях, входящих в международные базы данных Scopus и WebofScience

3.Grigoreva P., Vilchevskaya E. N., Muller W. H. Stress and Diffusion Assisted Chemical Reaction Front Kinetics in Cylindrical Structures //Contributions to Advanced Dynamics and Continuum Mechanics. – Springer, Cham, 2019. – С. 53--72.

4.Grigoreva P., Vilchevskaya E., Polyanskiy V. The influence of elastic deformations in high-strength structural materials on the hydrogen transport //E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2021. – Т. 225. – С. 1010.

5.Grigoreva P. M., Vilchevskaya E. N., Polyanskiy V. A. Influence of Linear Elastic Stresses on Hydrogen Diffusion into Metals //Advances in Hydrogen Embrittlement Study. – 2021. – С. 143-157.

6.Grigoreva P. M. et al. Determination of the Activation Energy of Hydrogen from Their Compounds with Titanium //Advances in Hydrogen Embrittlement Study. – 2021. – С. 131-142.

Публикации в изданиях, входящих в базу данных РИНЦ

7.Grigoreva P. M., Vilchevskaya E. N. Influence of diffusion models on chemical reaction front kinetics //Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2018. – Т. 2018. – №. 6. – С. 59-82.

8.Григорьева П. М., Вильчевская Е. Н. Решение связанных краевых задач механохимии //Неделя науки СПбПУ. Материалы научной конференции с международным участием. Лучшие доклады. – 2018. – С. 218-222.

9. Григорьева П. М., Вильчевская Е. Н. Кинетика фронта химической реакции в телах с осевой симметрией в задачах механохимии //Неделя науки СПбПУ. Материалы научной конференции с международным участием. отв.ред. Я.А. Гатаулин – 2018. – С. 74-77.

10. Григорьева П. М., Вильчевская Е. Н. Выбор модели диффузии и его влияние на кинетику химической реакции // Проблемы динамики взаимодействия деформируемых сред. Труды IX международной конференции. – 2018. – С. 133-137.

Опубликованные работы достаточно полно отражают содержание диссертации и полученные результаты. Работа [1] написана без соавторов. В работах [2,3, 7-10] автором получено аналитическое решение задач и проведена верификация результатов; в работах [1, 4, 5] автором получено численное решение, анализ результатов работ проведен совместно с остальными авторами. В работе [6] автором проведены обработка, обсуждение и интерпретация полученных соавторами экспериментальных результатов.

Диссертация соответствует паспорту специальности 1.1.8 (ранее 01.02.04) – «механика деформируемого твердого тела», а именно: п.1. «Законы деформирования, повреждения и разрушения материалов, в том числе природных, искусственных и вновь создаваемых», п.4. «Механика композиционных и интеллектуальных материалов и конструкций», п.7 «Механохимия, теория структурных и фазовых переходов в твердых телах» и п.11 «Математическое моделирование поведения дискретных и континуальных деформируемых сред при механических, тепловых, электромагнитных, химических, гравитационных, радиационных и прочих воздействиях».

Диссертационная работа соответствует требованиям, предъявляемым ВАК к диссертациям на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 1.1.8. (ранее 01.02.04) – «Механика деформируемого твердого тела».

Диссертация «Влияние деформаций высокопрочных конструкционных материалов на транспорт водорода из внешней среды» Григорьевой Полины Михайловны рекомендуется к защите на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 1.1.8 (ранее 01.02.04) – «механика деформируемого твердого тела».

Присутствовало на заседании семинара 14 чел. Результаты голосования: «за» - 13 чел., «против» - нет, «воздержалось» - 1 чел., протокол № 7/22 от « 8» сентября 2022 г.

Председатель на заседании семинара, Чл.-корр. РАН, д.ф.-м.н., Научный руководитель ИПМаш РАН Д.А. Индейцев

Секретарь на заседании семинара     Е.В. Серого

Руководитель (ответственный, секретарь):
Используя этот сайт, вы соглашаетесь с тем, что мы используем файлы cookie.