Проведены исследования корреляции между режимами синтеза, химическим составом, кристаллической структурой и микроструктурой поверхности, а также механическими свойствами тонких наноструктурированных пленок Ni–Fe. Тонкие пленки Ni–Fe были получены в различных режимах электролитического осаждения: в режиме постоянного тока и в импульсных режимах с длительностью импульса 1 с, 10–3 и 10–5 с. Показано, что уменьшение длительности импульса до 10–5 с приводит к увеличению модуля упругости и твердости пленок благодаря малому размеру зерна и, соответственно, большому количеству границ зерен с повышенным сопротивлением пластической деформации. Исследовано влияние термической обработки при T = 100, 200, 300 и 400 °С на микроструктуру поверхности и микромеханические свойства пленок. После термообработки при 400 °С наблюдалось увеличение размера зерна от 6 до 200 нм, что в сочетании с процессами взаимодиффузии материала подслоя и пленки привело к значительному снижению твердости и модуля упругости. Пленки Ni–Fe с улучшенными механическими свойствами могут быть использованы как покрытия корпусов микроэлектроники для электромагнитной их защиты.

С помощью метода ионно-лучевого распыления – осаждения получены слоистые мультиферроики Co/ЦТС (ЦТС – сегнетоэлектрическая керамика на основе цирконата титаната свинца состава PbZr0,45Ti0,55O3 с термостабильным плоскопараллельным интерфейсом сегнетоэлектрик/ферромагнетик), обладающие воспроизводимыми низкочастотными магнитоэлектрическими характеристиками при комнатной температуре. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) поперечного сечения исследована граница раздела слоя кобальта толщиной до нескольких микрометров с толстой керамической подложкой цирконата – титаната свинца. Показано, что использование барьерного слоя диоксида титана TiO2 вместо ЦТС позволяет добиться улучшения качества интерфейса за счет уменьшения длительности ионно-лучевой планаризации сегнетоэлектрической подложки, а также исключить образование промежуточных химических соединений. На основе данных рентгенофазового анализа (РФА) сделан вывод об аморфности слоя TiO2, который по сравнению с кристаллическим позволяет более равномерно, без искажений, передавать внутренние напряжения, возникающие между сегнетоэлектрической подложкой и ферромагнитным слоем. Это приводит к более эффективному магнитоэлектрическому взаимодействию и значительному по величине (в единицы – десятки мВ/А) низкочастотному магнитоэлектрическому эффекту при комнатной температуре. Магнитоэлектрические измерения показали, что использование диоксида титана вместо ЦТС при соответствующих режимах планаризации приводит к увеличению низкочастотного магнитоэлектрического эффекта до 5 мВ/(см ∙Э) по сравнению со структурами с напылением планаризующего слоя ЦТС, где величина данного эффекта составляет 2 мВ/(см ∙Э). Эти результаты позволяют улучшить характеристики указанных структур при использовании в качестве чувствительных элементов в устройствах формирования – обработки информации и датчиков магнитного поля на основе магнитоэлектрического эффекта.

Приводятся результаты экспериментального определения характеристик циклической трещиностойкости образцов из нержавеющей пластичной стали 08Х18Н12Т. Компактные образцы толщиной 20 мм, вырезанные из труб Ду 550ç 30 первого контура главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ), исследовались при внецентренном растяжении в исходном состоянии и после 100 тыс. ч эксплуатации в условиях Ново-Воронежской АЭС. С использованием нового инженерного подхода, основанного на измерении утяжки образца и построении диаграммы циклического упругопластического разрушения образца с трещиной в координатах «утяжка – коэффициент интенсивности напряжений, вычисленный с учетом поправки на пластичность», дана расчетная оценка ресурса труб Ду 550ç 30 ГЦТ АЭС из стали 08Х18Н12Т по критерию циклической трещиностойкости с учетом эксплуатационной деградации свойств, вызванной наработкой 100 тыс. ч. Определен ресурс (живучесть), выраженный в количестве циклов изменения внутреннего давления, для трубы с наиболее опасными дефектами (поверхностная полуэллиптическая трещина и комбинированный дефект «питтинг + трещина»). Выполнен анализ влияния уровня начальной поврежденности и вида опасного дефекта на живучесть труб. Полученные результаты могут использоваться для анализа поврежденности и прогнозирования ресурса труб из пластичных металлов и сплавов в системах охлаждения реакторов, а также магистральных трубопроводов транспорта углеводородов.

Исследованы физико-механические и технологические характеристики смешанных отходов термопластичных полимеров, в том числе из состава утилизируемых корпусов электронной и электрической техники на основе АБС-пластика. В композиционную систему вводили целевые модифицирующие добавки, обеспечивающие улучшение совместимости полимерных компонентов смесей и стабильные реологические свойства композиции в процессе переработки. Установлено, что поведение вторичных полимеров в смесях друг с другом обусловливается сочетанием их реологических характеристик и других параметров взаимной совместимости, что оказывает значительное влияние на фазовый состав и взаимную упорядоченность микрофаз. Дисперсные добавки вносят существенный вклад в эти процессы, воздействуя на структурирование сопряженных с ними микрообъемов полимера. Целенаправленное регулирование реологических свойств компонентов композиционной системы обеспечит достижение приемлемых и воспроизводимых физико-механических характеристик и технологических показателей процесса, что создаст предпосылки для производства конкурентоспособных изделий с высоким гарантированным сроком службы без применения дефицитного первичного сырья. Разработаны композиционные материалы, адаптированные к стабильной переработке методами экструзии, литья под давлением и пласт-формования в изделия общетехнического назначения с приемлемыми эксплуатационными характеристиками.

Исследовано явление стресс-миграции в пленках сплава Al–Si, которое проявляется при протекании тока высокой плотности (порядка 105 А/мм2). По результатам исследований предлагается техническое решение, которое позволяет повысить качество получаемых пленочных структур. Его сущность заключается в формировании в пленках ловушек для мигрирующих атомов алюминия при протекании тока высокой плотности за счет формирования пассивирующего слоя TiN на поверхности слоя, например Al–1,5 %Si. При наличии развитого рельефа поверхности современных интегральных микросхем, например с субмикронными размерами элементов топологии, толщина и структура металлических токопроводящих пленок на ступеньках рельефа отличается от расположенных на планарных участках. Это приводит к появлению существенных градиентов механических напряжений, которые являются движущей силой стресс-миграции. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия примерно в 20 раз больше, чем диоксида кремния, что обуславливает активную генерацию точечных дефектов в слое сплава на основе алюминия, который намного пластичнее диоксида кремния. Под действием градиента остаточных напряжений существующие в пленках точечные дефекты, например, вакансии, приходят в движение преимущественно по границе раздела металл-диэлектрик и со временем под влиянием тока высокой плотности приводят к образованию групповых дефектов в пленке сплава, в частности пустот, бугорков и др. Так как процессы стресс-миграции на этих участках происходят наиболее интенсивно, то в результате происходит разрыв пленок преимущественно на ступеньках топологического рельефа. Результаты исследования прошли апробацию и могут быть использованы при изготовлении кремниевых полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Изучены зависимости структуры и свойств смесей полиамида 6 (ПА6) с функционализированным полиолефином (фПО) от способа диспергирования органомодифицированной глины Cloisite 30В (Cl30В). Концентрация органоглины Cl30В в смесях ПА6/фПО была постоянной и составляла 3,0 мас.%, а содержание фПО варьировали от 10 до 50 мас.%. Компаундирование смесей осуществляли в расплаве при использовании двухшнекового экструзионного реактора-смесителя. Органоглину в состав смесей вводили двумя способами: одновременно со всеми полимерными компонентами (одностадийный процесс) и из предварительно полученного концентрата Cl30В в фПО (двухстадийный процесс). Установлено, что введение органоглины Cl30B в состав ПА6/фПО смеси по двухстадийной технологии дает возможность получать нанокомпозиты с повышенными пределом текучести (на 5–6 %), прочностью при разрыве (на 9–15 %) и относительным удлинением при разрыве (в 1,2–4 раза) по сравнению с нанокомпозитами, приготовленными по одностадийной технологии. В то же время нанокомпозиты, полученные по одностадийной технологии, в которых дисперсионную среду образует ПА6, независимо от типа надреза и способа испытаний обладают более высокой стойкостью к удару (до 1,2 раза), чем материалы, приготовленные двухстадийным способом. Это объясняется различиями в степени диспергирования нанонаполнителя и уровне межфазных взаимодействий между полимерными компонентами и наночастицами, вследствие чего изменяются кристалличность компонентов в смесях, а также комплекс их реологических и механических характеристик. Также показано, что добавки органоглины Cl30B независимо от способа ее введения увеличивают термостабильность ПА6/фПО смесей по сравнению с исходным ПА6. Полученные результаты могут быть использованы при разработке реальных нанокомпозитов технического назначения с улучшенными свойствами на базе ПА6 и фПО.

Определены задачи развития ОАО «БЕЛАЗ» – управляющая компания холдинга «БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ», которые заключаются в использовании и внедрении в процессы проектирования и производства карьерной техники последних достижений в области технических наук и созданных на их основе инновационных технологий; освоении новой конкурентоспособной продукции и перспективных рынков сбыта, диверсификации экспорта. Совместно с научными организациями выполнены исследования, которые позволили разработать новые и усовершенствовать существующие методические подходы к решению актуальных задач по всем проблемным направлениям создания современных карьерных самосвалов особо и сверх особо большой грузоподъемности. ОАО «БЕЛАЗ» является единственным производителем и поставщиком самосвалов грузоподъемностью 450–500 т. В результате исследований по созданию таких машин впервые рекомендована модель короткобазового маневренного самосвала с жесткой рамой специальной конструкции, снижающей центр тяжести и погрузочную высоту карьерного самосвала, исполненного по схеме 4ç4 (два ведущих моста) с двойной ошиновкой осей и применением существующих шин с максимальной грузоподъемностью 104 т. Предложенные и всесторонне опробованные новые компоновочные решения дают основание считать, что при освоении производства шин грузоподъемностью более 110 т реальностью является разработка самосвалов грузоподъемностью до 600 т. Также создано новое поколение самосвалов с гидромеханическими трансмиссиями, ведутся работы по созданию роботизированных комплексов для горнодобывающей промышленности. Особое внимание уделяется компьютеризации, цифровизации и экологичности карьерной техники, обеспечению надежности техники путем создания и применения новых конструкционных материалов и технологий для крупногабаритных деталей и систем.

Предложен способ получения высокоточных конических поверхностей в условиях свободного притирания, позволяющий регулировать параметры процесса обработки конической детали в зависимости от распределения подлежащего удалению припуска с ее поверхности. Приведена схема реализации способа, в которой основными звеньями являются инструмент с плоской рабочей поверхностью и правильник в виде стеклянной пластины, предназначенный для поддержания необходимой точности обрабатывающей поверхности инструмента. Для разработки методики управления срабатыванием рабочей поверхности инструмента с целью обеспечения необходимой точности ее плоскостности выполнен анализ закономерностей движения звеньев исполнительного механизма базового станка, на котором устанавливается предлагаемое устройство для обработки конических деталей. Рассмотрена структура исполнительного механизма рычажного станка, установлена связь между обобщенной координатой и положениями звеньев этого механизма в процессе обработки с учетом возвратно-вращательного движения деталей относительно инструмента в условиях свободного притирания, исследовано положение рычага и верхнего звена в вертикальной плоскости, рассмотрены геометрические параметры колебательного перемещения верхнего звена. Получено соотношение для расчета длины кривошипа исполнительного механизма станка в зависимости от амплитуды переносного движения его выходного звена. Установлена аналитическая связь между входным и выходным звеньями исполнительного механизма станка, что дает возможность рассчитать длину первого из отмеченных звеньев в зависимости от требуемой величины амплитуды колебательного движения второго из них и создает предпосылки для разработки инженерных методов управления процессом формообразования высокоточных конических поверхностей в условиях свободного притирания.

Выполнено решение осесимметричной задачи теории прессования пористых тел с практическим применением в виде силового расчета металлургических процессов брикетирования мелкофракционных сыпучих материалов: порошковых, стружковых, гранулированных и других отходов металлообработки. У таких материалов форма частиц (структурных элементов) не является геометрически правильной или вообще определимой. Это послужило основанием для того, что в основу решения была положена континуальная модель пористого тела. В результате приведения этой модели к двумерной пространственной модели получено замкнутое аналитическое решение методом совместного решения дифференциальных уравнений равновесия и энергетического условия пластичности Губера– Мизеса. В качестве рабочих гипотез приняты следующие допущения: нормальное радиальное напряжение равно тангенциальному, коэффициент бокового давления равен относительной плотности прессовки. В силу того что задача решена в общем виде и в общей постановке, само решение следует рассматривать как методологическое применительно к любой схеме осесимметричного нагружения. Получены трансцендентные уравнения деформационного уплотнения пористого тела как для идеального процесса прессования, так и с учетом сил контактного трения. В результате разработки метода решения этих уравнений выведены формулы для расчета локальных характеристик напряженного состояния прессовки, а также интегральных параметров процесса прессования: давления, усилия и работы деформации.

С помощью методов численного моделирования исследованы тепло- и гидравлические параметры аппаратов воздушного охлаждения масла (АВОМ) при изменении геометрии проточной части для снижения аэродинамического сопротивления воздушного тракта АВОМ и повышения эффективности охлаждения масла. Для этого на основе методов численного моделирования конвективного теплообмена разработана и апробирована методика расчетов, применимая к широкому классу теплообменных аппаратов, в том числе состоящих из секций оребренных плоских труб, полученных методом экструзии с последующей обработкой методом деформирующего резания. Отличительной особенностью методики является представление оребренной части теплопередающей поверхности в виде пористых вставок. Разработанная методика позволяет уменьшить требования к оборудованию для численного моделирования и снизить время расчетов. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с результатами эксперимента; их анализ показывает, что тепловая мощность маслоохладителя вследствие выявленных конструктивных недостатков воздушного тракта АВОМ на 19 % меньше проектного значения. На основе численных исследований выработан ряд рекомендаций по дальнейшему совершенствованию компоновочных решений для аппарата воздушного охлаждения масла с целью повышения его тепловой эффективности и аэродинамического совершенства. В частности, предложено установить новые лопатки вентиляторов для повышения их производительности; изменить конструкцию выходного воздушного клапана (жалюзи), исключив перегородку, частично затеняющую проходное сечение нижнего вентилятора; изменить форму нижнего коллектора маслоохладителя с целью обеспечения равномерного профиля скорости на входе в охлаждающие секции. Перспективным техническим решением, приводящим к увеличению общей производительности маслоохладителя, может быть последовательная схема подключения теплообменных секций. Эффективность всех предложенных технических решений может быть оценена с помощью методов численного моделирования, без создания дорогостоящей пилотной установки.

Представлены результаты расчетного моделирования развития аварии в защитной оболочке АЭС с реакторной установкой ВВЭР-1000 с помощью программного средства COCOSYS. В качестве объекта исследования рассматривалась защитная оболочка Балаковской АЭС с реакторной установкой ВВЭР-1000/В-320. Приведены результаты расчета параметров среды в защитной оболочке в условиях запроектной аварии с «большой» течью из первого контура при следующих исходных событиях: разрыв главного циркуляционного трубопровода Ду850 полным сечением на входе в реактор с одновременным отказом всех источников переменного тока, включая дизель-генераторы на длительный период, без вмешательства оперативного персонала. Выполнено сравнение полученных результатов с аналогичными расчетами, проведенными с помощью аттестованного Ростехнадзором программного средства АНГАР, которое используется российскими специалистами. Результаты расчетов по обоим программным средствам хорошо согласуются: аварийный режим развивается по подобным сценариям, максимальное отклонение абсолютных величин давления составляет менее 10 %. Сделан вывод, что программное средство COCOSYS позволяет проводить расчетную оценку процессов, протекающих в защитной оболочке реактора при аварийных режимах на АЭС, и может быть использовано для независимой оценки обоснования безопасности АЭС, требуемой нормами МАГАТЭ.

Для изучения кинетики подкритических систем и определения оптимальных условий трансмутации долгоживущих радиоактивных продуктов деления в спектре ADS-систем (Accelerator Driven Subcritical System) в Объединенном институте энергетических и ядерных исследований – Сосны создана исследовательская ядерная установка (ИЯУ) «Ялiна», включающая генератор нейтронов и две подкритические сборки: «Яліна-Тепловая» с тепловым спектром нейтронов и «Яліна-Бустер» – с быстрым. Представлены исследования по изучению реактивности подкритической сборки «Яліна-Тепловая». Для этого были проведены измерения эффективного коэффициента размножения нейтронов (k_эфф) тремя независимыми методами: обратного умножения, вероятностным и импульсным. Исследование выполнялось для топливной загрузки из 285 твэлов ЭК-10. Для метода обратного умножения измеренный коэффициент умножения составил М = 22,3 ± 0,6, что соответствует эффективному коэффициенту размножения нейтронов k_эфф = 0,9551 ±0,0016. Измерения по вероятностному методу, или методу Фейнман-альфа, основанному на измерении флуктуации уровня нейтронной плотности в системе, дали значение k_эфф = 0,9597± 0,0003. При изучении поведения нейтронов после введения нейтронного импульса в подкритическую среду (импульсный метод) была измерена постоянная спада мгновенных нейтронов α = –670±0,7 1/с, которая соответствует k_эфф = 0,9560± 0,0001. В результате проведенных исследований получено среднее значение k_эфф подкритической сборки «Ялiна-Тепловая», которое составило k_эфф = 0,9569±0,0018. Рассмотренные методы могут применятся для мониторинга уровня подкритичности ADS-систем и исследовательских ядерных установок.

Разработаны вероятностная модель и математическая программа CUB, обеспечивающая прогноз запасов активности по перечню наиболее опасных продуктов деления и актиноидов на разных фазах обращения с отработавшим ядерным топливом и продуктами его переработки, определенных Стратегией обращения с отработавшим ядерным топливом Белорусской АЭС. Проведено обоснование возможности применения для прогнозирования запасов активностей радионуклидов на установках по обращению с отработавшим ядерным топливом Белорусской АЭС референтных данных, полученных по материалам нормативного документа РБ-093-14 «Радиационные и теплофизические характеристики отработавшего ядерного топлива водо-водяных энергетических реакторов и реакторов большой мощности канальных», в котором приведены сведения для отработавшего ядерного топлива ВВЭР-1000 c разной степенью обогащения, включая 4,81 % по ²³⁵U. Выполнен анализ влияния степени начального обогащения топлива по ²³⁵U и глубины выгорания отработавшего ядерного топлива на удельные активности основных радиационно опасных продуктов деления и актинидов. Представлены результаты расчета активностей продуктов деления и актинидов в отработавших тепловыделяющих сборках со средней глубиной выгорания 55,6 МВт∙сут/т U для топлива с начальным обогащением 4,81 % по ²³⁵U. На основе полученных данных с использованием разработанной вероятностной модели выполнен прогноз запасов и темпов снижения активности по основным радиационно опасным продуктам деления и актинидам отработавшего ядерного топлива энергоблоков № 1 и 2 Белорусской АЭС на разных временных интервалах. Полученные результаты могут быть использованы при проведении оценки безопасности объектов хранения отработавшего ядерного топлива Белорусской АЭС и продуктов его переработки, а также предварительной оценки активности при возврате и хранении продуктов переработки отработавшего ядерного топлива Белорусской АЭС на основе принципа радиационного эквивалента.