Основные результаты по направлению "Механохимия"

Развиты новые подходы к термодинамически мотивированным постановкам связанных краевых задач “диффузия – химия – механика”. Новая теория для анализа кинетики и устойчивости распространяющихся  фронтов химических реакций во взаимосвязи с напряженно -деформированным состоянием. Экспериментальные исследования,  мотивированные теорией и ориентированные на инженерную практику.
1. Тензор химического сродства – инструмент для исследования влияния напряжений на кинетику фронта химической реакции.
2. Механические напряжения могут ускорять, замедлять, блокировать и запускать распространение фронта реакции.
3. Концепция запретных зон и их построение. Влияние вида НДС.
4. Устойчивость фронта реакции. Конкуренция глобальной кинетики фронта и кинетики роста возмущений. Потеря устойчивости фронта генерирует концентрации напряжений – причину разрушения.
 5. Экспериментальные исследования: рост интерметаллидов в припоях и реакции литизации кремния в литий-ионных батареях.
Ближайшие планы: объемные и локализованные реакции (общая теория);
различные режимы (реакции, контролируемые диффузией или скоростью реакции), взаимосвязь роста трещины и распространения фронта реакции; моделирование анодов; биомеханика роста.

Основные статьи по механохимии

1. Freidin A.B., Vilchevskaya E.N. (2019) Chemical affinity tensor in coupled problems of mechanochemistry. In: Encyclopedia of Continuum Mechanics. Altenbach H., ¨Ochsner A. (eds), Springer, Berlin, Heidelberg
2. Petrenko S., Freidin A.B., Charkaluk E. (2021) On chemical reaction planar fronts in an elastic-viscoelastic mechanical framework. Continuum Mechanics and Thermodynamics. DOI: 10.1007/s00161-021-01051-x.
3. V.O. Shtegman, A.V. Morozov, A.B. Freidin, W.H. M¨uller (2021) On buckling induced by a chemical reaction. Materials Physics and Mechanics. 47;40-5 1.DOI: 10.18149/MPM.4712021_4
4. Freidin A.B., Morozov A., M¨uller W.H. (2021) Propagation and stability of chemical reaction fronts in coupled problems of mechanochemistry. AIP Conference Proceeding 2371:020002. DOI: 10.1063/5.0059711
5. Morozov A., Freidin A.B., Klinkov V.A., Semencha A. V., M¨uller W. H., Hauck T. (2020) Experimental and theoretical studies of Cu-Sn intermetallic phase growth during high-temperature storage of eutectic SnAg interconnects. Journal of Electronic Materials, 49, 7194-7210.
6. M. Poluektov, A.B. Freidin, L. Figiel. (2019) Micromechanical modelling of mechanochemical processes in heterogeneous materials. Modelling and Simulation in Materials Science.
7. Poluektov, M., Freidin, A.B., Figiel, L. (2018) Modelling stress-affected chemical reactions in non-linear viscoelastic solids with application to lithiationreaction in spherical Si particles. Int. J. of Engineering Science, 128, 44-62.
8. Freidin A.B., Sharipova L.L. (2018) Forbidden strains and stresses in mechanochemistry of chemical reaction fronts. In: Altenbach H., Pouget J., Rousseau M., Collet B., Michelitsch T. (eds) Generalized Models and Non-classical Approaches in Complex Materials 1. Advanced Structured Materials, vol 89, Springer, Cham, pp 335–348
9. Freidin A.B., Morozov N.F., Petrenko S., Vilchevskaya E.N. (2016) Chemical reactions in spherically symmetric problems of mechanochemistry. Acta Mech. 227 (1) 43-56
10. Фрейдин А.Б. (2015) О тензоре химического сродства при химических реакциях в деформируемых материалах. Механика твердого тела. 2015. №3. 35–68.
11. Freidin A.B., Vilchevskaya E.N., Korolev I.K. (2014) Stress-assist chemical reactions front propagation in deformable solids. Int J Engineering Science 83:57–75
12. Freidin A.B. (2013) Chemical affinity tensor and stress-assist chemical reactions front propagation in solids. In: ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 13-21, 2013, San Diego, California, USA

Построение математических моделей упругих и пьезоупругих конструкций содержащих тонкостенные элементы

Основой построения математических моделей является применение методов асимптотического анализа, приспособленных к исследованию решений краевых задач с сингулярными возмущениями.

В последние годы было проведено описание свойств тонкой упругой пластины, армированной периодическими семействами упрочняющих тонких волокон. Были выведены уравнения описывающие свойства упругой пластины с пьезоупругим включением, проведен асимптотический анализ тонких стержней из пьезоупругого материала. Создана одномерная модель тонкого упругого стержня со скругленными или заостренными концами исследованы пограничных слоев возникающих вблизи концов такого стержня. Построена математическая модель повышенной точности сочленений упругих стержней.

Предполагается применить разработанные асимптотические методы для создания математических моделей деформирования гофрированных пластин и мелких сеток из упругих элементов.
Полученные результаты могут найти применение для создания новых материалов на основе мелкосетчатых и коробчатых элементов, а также в инженерной практике при исследовании деформирования гофрированных конструктивных элементов.