В результате выполненных компьютерных экспериментов в рамках метода гранулярной динамики, для модельных систем, которые соответствуют наноразмерным порошкам оксида алюминия со слабой и сильной склонностью к агломерированию, рассчитаны энергетические затраты при компактировании в различных условиях: всестороннее сжатие, двух- и одноосное прессование, сжатие со сдвигом. Обнаружено, что работа прессования существенно зависит от условий процесса и не является для порошка однозначной функцией его плотности. Это свидетельствует о том, что нанопорошки помимо семейства поверхностей нагружения необходимо независимо характеризовать семейством изоуровней «пластического потенциала», которые соответствуют определенным значениям работы прессования. Данные изоуровни рассчитаны численно для исследуемых систем и аппроксимированы аналитическими выражениями. Установлено, что известное ассоциированное правило пластического течения неприменимо к наноразмерным оксидным порошкам. Вместо него предложен другой критерий, который позволяет предсказать характер деформационных процессов в системе, согласно которому вид тензора деформаций определяется не только направлением градиента пластического потенциала (ассоциированный закон), но и видом тензора напряжений при реализуемом процессе компактирования.
Разработан пакет программ и выполнены компьютерные эксперименты по моделированию процессов компактирования наноразмерных порошков с учетом определенных распределений частиц порошка по размерам. В двухмерной геометрии проанализированы модельные системы с бимодальным распределением частиц, где варьируемым параметром является отношение диаметров двух различных типов частиц, и системы с логнормальным распределением, характерным для оксидных нанопорошков, получаемых в ИЭФ УрО РАН.
Разработан пакет программ, для моделирования в рамках гранулярной динамики динамичных процессов магнитно-импульсного прессования. Выполнен теоретический анализ, позволивший ввести в численные схемы релаксационные механизмы в межчастичном взаимодействии. Соответствующие дополнительные характеристики имеют вид вязких сил, и входят во все контактные взаимодействия (нормальные и тангенциальные силы, вращающие моменты кручения и качения). Получены аналитические соотношения для вязких сил, возникающих в области контакта двух сферических упругих гранул при их взаимном перемещении. Проведена оценка времен релаксации поступательных, сдвиговых и вращательных мод отдельных частиц в порошковой структуре. Коэффициент сдвиговой вязкости материала частиц (оксид алюминия) оценен по известным данным о затухании ультразвука, что дает значения порядка 10-3 Па с. При этом характерное время затухания колебаний двух уединенных частиц составляет около 3 нс. Время затухания коллективных колебаний в порошковой системе может оказаться на 2 – 4 порядка больше, т.е. стать сопоставимым с характерными временами магнитно-импульсных процессов (10 – 100 мкс). Проведенное моделирование свидетельствует о слабом влиянии скорости нагружения порошкового компакта на положение кривых уплотнения в диапазоне относительных скоростей деформаций 104–107 за секунду.
