Одно из приоритетных направлений научно-технического прогресса — создание новых материалов, которые могут выдерживать самые экстремальные нагрузки, устойчивы к воздействию колоссальных температур и т.д. Для решения этих задач в томском Институте физики прочности и материаловедения СО РАН еще в 80-е годы прошлого века было сформировано перспективное научное направление — физическая мезомеханика материалов, получившее сегодня всеобщее признание. Чтобы проанализировать современное состояние физической мезомеханики во всех ее аспектах и междисциплинарных приложениях, обсудить новые задачи, а также для того, чтобы поздравить основателя этого научного направления академика Виктора Евгеньевича Панина с 80-летием, в Томский научный центр СО РАН съехались крупные специалисты в области прочности, материаловедения и механики. Здесь прошел Международный семинар “Физическая мезомеханика материалов — мультидисциплинарная наука XXI века”.
По словам юбиляра, открывшего семинар, в основе традиционной механики лежал одноуровневый подход к описанию механического поведения нагруженного твердого тела на макромасштабном уровне как объекта механики сплошной среды, не учитывающий сложные процессы, происходящие внутри материала. Требовалось развитие принципиально новых подходов — многоуровневых.
— Заслуга нашего коллектива в том, что мы первыми стали развивать концепцию структурных уровней деформации, то есть учитывать существование иерархии взаимосвязанных разномасштабных промежуточных уровней деформации внутри твердого тела — от электронного до макроскопического, — подчеркнул Виктор Евгеньевич. — Ведь особенности этой иерархической самоорганизации и определяют поведение твердых тел в различных полях внешних воздействий.
Сегодня эти сложные процессы описываются еще и с учетом термодинамических состояний материала. Коллективом ИФПМ СО РАН выдвинута концепция, основывающаяся на объединении структурно-масштабного и термодинамического факторов в одном подходе, что позволяет понять поведение материалов в условиях самых разных воздействий — механических, тепловых, электромагнитных, радиационных и др.
Доклады ученых из Томска, Москвы, Новосибирска, Перми, а также представителей США, Германии и Белоруссии составили панорамную картину физической мезомеханики на современном этапе, обобщили фундаментальные результаты и методологию описания пластической деформации и разрушения твердых тел как иерархически организованных систем.
Например, доклад академика Ирины Горячевой (Институт проблем механики им. А.Ю.Ишлинского РАН, Москва) был посвящен вопросам контактного взаимодействия твердых тел на разных масштабных уровнях. О результатах исследований, на основе которых был сформирован новый подход к конструированию композиционных материалов, рассказал член-корреспондент РАН Борис Аннин (Институт гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН).
Директор ИФПМ СО РАН профессор Сергей Псахье представил один из перспективных методов физической мезомеханики — метод “подвижных клеточных автоматов”. Этот мультидисциплинарный метод позволяет ученым описывать поведение самых разных сред — от наноструктур до блоков земной коры или, например, пылевой плазмы в космическом пространстве.
Современная наука вступает в век конвергенции, поэтому вполне органичным стало проведение в рамках семинара круглого стола, посвященного мультидисциплинарным приложениям физической мезомеханики. Помимо вполне естественных инженерных и технологических приложений в области материаловедения, в том числе медицинского, здесь были представлены и области применения, казалось бы, совсем специфические.
Так, брат юбиляра академик РАМН Лев Панин, директор Института биохимии СО РАМН, рассказал о том, как подходы физической мезомеханики используются для описания процессов массопереноса через биологические мембраны.
— Для нас, биологов, было большим откровением, что структурные переходы, изучаемые в твердых телах, протекают по тому же сценарию, что и в биологических мембранах. Такая постановка вопроса позволяет по-новому взглянуть на подобные процессы. В перспективе, возможно, даже изменить наши представления о функциях клетки в целом, и прежде всего о роли фазовых переходов, — сказал Лев Евгеньевич.
Применение многоуровневых подходов к геодинамическим процессам раскрыл профессор Борис Сибиряков (Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН). По его словам, физическая мезомеханика, несмотря на то что ее интересуют куда как меньшие масштабы, открывает новые возможности для понимания поведения тектонических плит земной коры.
О различных инженерных приложениях мезомеханики при разработке новых технологий и перспективных материалов рассказал член-корреспондент НАН Белоруссии А.Белый, а профессор И.Шрайбер (Дрезден, Германия) провел рабочий семинар по неразрушающим методам контроля на основе подхода физической мезомеханики.
Каждый из докладов, представленных на круглом столе, вызывал широкую дискуссию, свидетельствующую о большом интересе специалистов к междисциплинарным, интеграционным возможностям физической мезомеханики. При этом, как отметил академик Виктор Панин, интеграционный потенциал физической мезомеханики сегодня заключается не только в том, что ее многоуровневые подходы востребованы в самых разных отраслях научного знания, но и в том, что само это направление обогащается достижениями других наук. Природа миллионы лет формировала биологические мембраны, доводя их до совершенства, поэтому понимание процессов, происходящих в них, сможет помочь и материаловедам при создании новых наноструктурных материалов методом “сборки снизу”, считает ученый.
С проведением международного семинара совпало завершение комплексной проверки научной деятельности ИФПМ СО РАН. Таким образом, встреча ученых стала и своеобразным смотром фундаментальных и прикладных достижений института.
— У меня сложилось самое лучшее впечатление об уровне научных исследований в институте, — поделилась своим мнением руководитель экспертной комиссии по проведению комплексной проверки академик И.Горячева. — Здесь решается серьезная фундаментальная задача разработки технологических методов придания материалам необходимых свойств. И все эти работы основываются на серьезнейшей фундаментальной базе, которую составляет физическая мезомеханика.
По словам заместителя председателя комиссии члена-корреспондента РАН Ю.Захарова (Кемеровский государственный университет), члены комиссии единодушно вынесли высокую оценку работе научного коллектива, что вполне закономерно.
— Мы работали в выдающемся институте, — пояснил Юрий Александрович. — Во-первых, в системе официальных показателей ИФПМ СО РАН — в числе лучших в Сибирском отделении. Во-вторых, институт силен параметрами, которые находятся за пределами официальных. Я всегда специально интересуюсь этой стороной дела, и все сотрудники, с которыми мне приходилось общаться, со всей искренностью говорили о комфортности работы в институте. Что определяет твердые, устойчивые позиции этого коллектива? С одной стороны, удивительно широкая гамма направлений исследований, которые удалось сформулировать в рамках единого подхода, единой методологии, если хотите, единой научной философии. С другой — сочетание глубоких фундаментальных исследований с усилиями по внедрению.
Высокий уровень института отметил и входящий в состав комиссии член-корреспондент РАН Борис Аннин:
— Те исследования, с которыми мы познакомились, в частности различные методы упрочнения материалов, основываются на фундаментальных подходах. Экспериментальные исследования проводятся на современном оборудовании, что позволяет раскрывать внутреннюю динамику процессов в твердых телах, предсказывать их и управлять ими. Это целенаправленные работы на базе развитой теории.
Своими впечатлениями от очередного визита в Томск поделился гость из США, профессор Майкл Внук (Университет штата Висконсин). По его словам, то, что делается в Томске, находится “впереди науки, frontline, опережая всех, включая американских ученых”:
— Институт физики прочности и материаловедения — прекрасная иллюстрация того, как в тайге, посреди леса возможно создать один из ведущих в мире центров науки. Главное — научная школа. Здесь работает целый ряд уникальных ученых. Если их перебросить на Запад, там они станут первыми. Но перебрасывать никого не надо. Надо обмениваться опытом, выполнять совместные исследования. Этому, в частности, способствует международный журнал ИФПМ СО РАН Physical Mesomechanics, издаваемый на английском языке крупным европейским издательством Elsevier.
— Развивая методы и средства физической мезомеханики, сотрудники нашего института исследуют и моделируют самые разные среды, на разных структурно-масштабных уровнях: от наносистем до геологических структур. На этой основе мы разрабатываем материалы для ядерной энергетики, авиационной и космической техники, машиностроения, а теперь и для биологии и медицины, — говорит директор ИФПМ СО РАН профессор Сергей Псахье, объясняя секрет успеха института. — Мультидисциплинарность мезомеханики — это не только и не столько работа на стыке наук или научных дисциплин, это в значительной мере взаимопроникновение знаний, методов и моделей, что невозможно без интеграции с другими институтами и университетами.
С уверенностью о будущем своего детища говорит и основатель Института физики прочности и материаловедения СО РАН академик Виктор Панин, который считает, что физическая мезомеханика, обладающая большим междисциплинарным потенциалом, позволяет коллективу ставить перед собой новые стратегические цели — формирование крупных, прорывных проектов, базирующихся на фундаментальных достижениях ученых:
— На основе подхода мезомеханики мы строим единый корабль, а не десяток отдельных лодок. Еще 20 лет назад институт был арифметической суммой двух десятков лабораторий. Объединение коллектива в рамках общего подхода дало иное качество. А кооперация ИФПМ СО РАН с другими институтами для работы над общими проектами позволит рассчитывать на еще более высокий уровень достижений.
Петр КАМИНСКИЙ/Фото Владимира Бобрецова
Нет комментариев