Карта сайта


Русскоязычная часть:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»

Лаборатория динамики неоднородных структур


Телефон: (863)250-98-10 (321)
Адрес: 344006, г.Ростов-на-Дону, пр.Чехова, 41
Эл. почта: kalin@ssc-ras.ru

Калинчук Валерий Владимирович

главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук, заведующий отделом
(863)250-98-10(321),
kalin@ssc-ras.ru

Белянкова Татьяна Ивановна

кандидат физико-математический наук, ведущий научный сотрудник, доцент

Еремеев Виктор Анатольевич

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, профессор

Леви Галина Юрьевна

младший научный сотрудник

Леви Михаил Олегович

научный сотрудник

Лыжов Вячеслав Александрович

кандидат физико-математический наук, научный сотрудник

Панькин Артем Витальевич

младший научный сотрудник

Седов Андрей Владимирович

ведущий научный сотрудник, доктор технических наук
(86352)5-52-97, (86352)5-53-74
Sedov_A.V@mail.ru

Шейдаков Денис Николаевич

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник
8(863)250-98-10
sheidakov@mail.ru

Бочарова Ольга Витальевна

кандидат физико-математический наук, старший научный сотрудник

Михайлова Ирина Борисовна

младший научный сотрудник


Адрес лаборатории: г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова 41
(863)250-98-10(321),
Эл. почта: kalin@ssc-ras.ru


Цели 

Проведение комплексных исследований в области механики деформируемого твердого тела, математическое моделирование природных и технологических процессов и явлений, изучение механических и физических процессов контактного взаимодействия неоднородных тел при наличии связанных полей различной физической природы, исследования в области нелинейной упругости, механики микрополярных сред и тел с поверхностными напряжениями, математические вопросы исследования начально-краевых задач механики сплошных сред. 

Задачи, направления исследований

  • Разработка методов моделирования динамических процессов и явлений в средах сложной структуры при учете нелинейности, микроструктуры, фазовых превращений и взаимодействия физических полей различной природы.
  • Разработка методов математического моделирования динамических процессов в неоднородных средах сложной структуры с целью дизайна материалов и конструкций с функционально-ориентированными свойствами.
  • Разработка математических методов контроля, распознавания и прогнозирования параметров электротехнических и энергетических объектов, создание компьютерных технологий моделирования электромагнитных полей в электротехнике и электроэнергетике.
  • Разработка теоретических основ принципиально новых методов неразрушающего контроля, позволяющих осуществлять непрерывный интегральный мониторинг напряженного состояния и ресурсной способности узлов и конструкций, выполненных из композиционных материалов.
  • Развитие  линеаризованной теории распространения упругих волн в предварительно напряженных неоднородных, в том числе функционально градиентных пьезоактивных средах.
  • Развитие теории динамического контактного взаимодействия предварительно напряженных упругих, термоупругих, макгнито- и электроупругих полуограниченных тел, находящихся в условиях воздействия больших начальных механических усилий и внешних электростатических полей.
  • Разработка численно-аналитических методов решения интегральных уравнений, обладающих высокой точностью учета динамических параметров структурно неоднородной предварительно напряженной среды, с приложениями к проблемам проектирования и расчета прочности и надежности материалов и конструкций.
  • Развитие обобщенной теории механики наноразмерных сегнетоэлектрических гетероструктур, которая нашла применение при разработке новых типов нано- и микроэлектронных устройств с использованием тонкопленочных технологий с управляемыми функциональными характеристиками;
  • Создание теоретических основ принципиально новых методов неразрушающего контроля, позволяющих осуществлять непрерывный интегральный мониторинг напряженного состояния и ресурсной способности узлов и конструкций, выполненных из композиционных материалов;
  • Исследования в области нелинейной упругости, механики микрополярных сред, сред с микростуктурой и тел с поверхностными напряжениями, моделирование фазовых превращений в деформируемых телах, Математические вопросы исследования начально-краевых задач механики сплошных сред, развитие теории устойчивости деформируемых тел.

Основные выполняемые проекты

  • «Механика неоднородных сред при механических нагрузках и воздействии физических полей», № гр. 01201354242, научный рук. д.ф-м.н. Калинчук В.В., отв. исп. к.ф.-м.н. Белянкова Т.И.;
  • «Динамика пьезоэлектрических/пьезомагнитных функционально-градиентных тел в условиях контактных взаимодействий и воздействий физических полей», грант РФФИ № 19-01-00719, 2019-2021, отв. исп. д.ф-м.н. Калинчук В.В.;
  • «Оптимизация свойств композиционных структур с функционально-градиентным термоэлектроупругим покрытием», грант РФФИ № 19-08-01051, 2019-2021, отв. исп. к.ф-м.н. Белянкова Т.И.;
  • «Исследование методов диагностики дефектов в конструкциях, выполненных изкомпозиционных материалов, по параметрам поверхностных волновых полей», грант РФФИ № 18-38-00871, 2018-2019, отв. исп. к.ф-м.н. Бочарова О.В.;
  • «Исследование влияния размерных факторов на динамику и процессы контактного взаимодействия макро-, микро- и наноразмерных структурно-неоднородных тел в условиях связанности физических полей различной природы», грант РНФ № 14-19-01676, 2014-2018, отв. исп. д.ф-м.н. Калинчук В.В.;»
  • «Контактное взаимодействие функционально-градиентных предварительно-напряженных электроупругих тел», грант РФФИ № 16-0100647, 2016-2018, отв. исп. д.ф-м.н. Калинчук В.В.;
  • «Прогнозирование потери устойчивости конструкций из современных материалов с учетом поверхностных напряжений», грант РФФИ № 16-08-00802, 2016-2018, отв. исп. к.ф-м.н. Шейдаков Д.Н.

Основные публикации, РИД, 2015-2019 гг.

  1. Altenbach, H., Belyaev, A., Eremeyev, V.A., Krivtsov, A., Porubov, A.V. (Eds.) Dynamical Processes in Generalized Continua and Structures. Advanced Structured Materials, Vol. 103. Springer, Cham, 2019. VIII+392 pp. ISBN 978-3-030-11664-4; doi 10.1007/978-3-030-11665-1
  2. Abali, B.E., Altenbach, H., dell’Isola, F., Eremeyev, V.A., Öchsner, A. (Eds.) New Achievements in Continuum Mechanics and Thermodynamics: A Tribute to Wolfgang H. Müller. Series: Advanced Structured Materials, vol. 108. Springer, Cham, 2020. VIII+792 pp. ISBN 978-3-030-13306-1. eBook ISBN 978-3-030-13307-8. https://www.springer.com/gp/book/9783030133061
  3. Чеботарев С.Н., Калинчук В.В., Лунин Л.С. Полупроводниковые наногетероструктуры с промежуточной подзоной. М.: Физматлит. 2016. 192 с..
  4. Eremeyev, V.A., Cloud, M. J., Lebedev, L.P. Applications of Tensor Analysis in Con­tin­uum Mechanics. World Scientific, New Jersey et al. 2018. 428 p. https://doi.org/10.1142/10959
  5. dell’Isola, F., Eremeyev, V.A., Porubov, A.V. (Eds). Advances in Mechanics of Microstructured Media and Structures. Advanced Structured Materials, Vol. 87. Springer, Cham, 2018. VIII+369 pp. Print ISBN 978−3−319−73693−8; Online ISBN 978−3−319−73694−5. doi https://doi.org/10.1007/978 – 3-319 – 73694-5
  6. Altenbach H., Eremeyev V.A. (Eds). Shell-like structures: Advanced Theories and Applications. Series: CISM International Centre for Mechanical Sciences, Vol. 572. Springer, Wien et al. 2017. 288 p. ISBN 978-3-319-42277-0
  7. Belyankova Т.I., Kalinchuk V.V. Peculiarities of the wave field localization in the functionally graded layer // Materials Physics and Mechanics. 2015. N23. p.p. 25-30.
  8. Широков В.Б., Калинчук В.В., Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И. Материальные константы тонких пленок титаната бария // Физика твердого тела. 2015. том 57. вып. 8. p.p. 1509-1514.
  9. Shirokov, V.B., Kalinchuk, V.V., Shakhovoi, R.A., Yuzyuk Yu.I. Material constants of barium titanate thin films // Physics of the Solid State (2015) V.57. Iss.8. P.1535-1540.
  10. Levi G.Yu., Igumnov L.A. Some properties of the thermoelastic prestressed medium green function // Materials Physics and Mechanics. 2015. N23. p.p. 42-46.
  11. Широков В.Б., Калинчук В.В., Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И. К проблеме определения упругих констант // Доклады академии наук. 463(6): 655-660.
  12. Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Shakhovoy R.A., Yuzyuk Yu.I. Anomalies of the elastic modulus of thin films of barium titanate // Materials Physics and Mechanics. 2015. N23. p.p. 52-55.
  13. Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Shakhovoy R.A., Yuzyuk Yu.I.  Control of acoustic properties of a BaTiO3 thin film by a planar electric field // EPL (Europhysics Letters), 111. 2015. 16002.
  14. Belyankova T.I., Kalinchuk V.V. and Tukodova  O.M. Peculiarities of the Surface SH-Waves Propagation in the Weakly Inhomogeneous Prestressed Piezoelectric Structures // Advanced Materials. Manufacturing, Physics, Mechanics and Applications. Springer Proceedings in Physics. Vol.175. Springer International Publishing Switzerland. 2016. P. 413-430.
  15. Timoshenko P.E., Kalinchuk V.V., Shirokov V.B., Levi M.O., Pan’kin A.V. Dispersion relation and resonant frequencies of surface acoustic waves excited in barium titanate films // Advanced Materials. Manufacturing, Physics. Mechanics and Applications. Series «Springer Proceedings in Physics». Ivan A. Parinov, Shun-Hsyung Chang, Vitaly Yu. Topolov (Eds.). 2016. V. 175.
  16. Широков В.Б., Калинчук В.В., Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И. Фазовые состояния и свойства пленок титаната бария в планарном электрическом поле // Журнал технической физики, 2016, том 86, вып. 7. С. 112-117.
  17. Бочарова О.В., Седов А.В., Анджикович И.Е., Калинчук В.В. Метод идентификации дефектов Дефектоскопия, 2016, No. 7, pp. 21–28.
  18. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. Уравнения динамики предварительно напряженной магнитоэлектроупругой среды // МТТ. 2016. №5. С.101-110.
  19. Belyankova, T.I. & Kalinchuk, V.V. Dynamic equations of a prestressed magnetoelectroelastic medium // Mechanics of Solids (2016). V.51. Iss.5. P.P. 588-595.
  20. Широков В.Б., Калинчук В.В., Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И. Физические свойства тонких пленок Ba0.8Sr0.2TiO3 // Физика твердого тела, 2016, том 58, вып. 10. С. 1964-1968.
  21. Белянкова Т.И., Калинчук В.В., Тукодова К вопросу устойчивости преднапряженных функционально-градиентных сред О.М. // Наука юга России (Вестник Южного научного центра) 2016 Т. 12. №2. С. 112-117.
  22. Бабешко В.А., Калинчук В.В., Шестопалов В.Л., Шереметьев В.М. Технологии геодинамического мониторинга района транспортного перехода через Керченский пролив // Наука юга России (Вестник Южного научного центра) 2016 Т. 12. №1. С. 22-31.
  23. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. Функция Грина для предварительно напряженного термоупругого полупространства с неоднородным покрытием // ПМТФ. 2016. Т. 57. №5. С.76-89.
  24. Белянкова Т.И., Калинчук В.В.   Поверхностные SH- волны в преднапряженных пьезоэлектриках с функционально градиентным покрытием // Вестник ПНИПУ. Механика. 2016. №3. С. 7 – 27.
  25. Леви М.О., Калинчук В.В., Широков В.Б., Татарков Д.А. Особенности динамики тонкопленочных сегнетоэлектрических гетероструктур // Наука юга России. 2016. Т. 12. № 3. С. 3-10.
  26. Шейдаков Д.Н., Михайлова И.Б. Бифуркация равновесия нелинейно-упругих прямоугольных плит с поверхностными напряжениями // Наука юга России. 2016. Т. 12. № 4 С. 3-9.
  27. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. Особенности распространения поверхностных акустических волн в пьезоэлектриках с неоднородным покрытием // Наука юга России. 2016. Т. 12. № 4. С. 10-.
  28. Белянкова Т.И. , Калинчук В.В. Особенности распространения волн Лява в упругих функционально градиентных покрытиях // Вычислительная механика сплошных сред. 2017. Т.10. № 1. С. 39-52. 
  29. Белянкова Т.И. Калинчук В.В. Особенности локализации волнового поля в преднапряженном функционально-градиентном слое // Акустический журнал (2017). Т.63.  №3. С.219-234. 
  30. Леви М.О., Леви Г.Ю., Лыжов В.А. Некоторые особенности динамики сегнетоэлектрических/ферромагнитных гетероструктур // ПМТФ (2017). Т.58. №1 (341). С.55-63.
  31. Levi M.O., Levi G.Yu., Lyzhov V.A. Some features of the dynamics of ferroelectric (ferromagnetic) heterostructures // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2017, Vol. 58, No. 1, pp. 47–53.
  32. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. К моделированию преднапряженного термоэлектроупругого полупространства с покрытием Известия Российской академии наук. // Механика твердого тела. (2017).  №1. С. 117-135.
  33. Bocharova O.V., Andzjikovich I.E., Sedov A.V., Kalinchuk V.V. An effective method of signal processing in problems of low-frequency defectoscopy // ScienceDirect. Procedia Engineering 199 (2017) 2043-2039. X International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2017
  34. Belyankova Т.I., Kalinchuk V.V. Modeling of prestressed piezoelectric structures with inhomogeneous coating // ScienceDirect. Procedia Engineering 199 (2017) 1513-1518. X International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2017.
  35. Бочарова О.В., Анджикович И.Е., Седов А.В., Калинчук В.В. О возможностях биспектрального подхода к обработке сигнала // Измерительная техника (2017). №7. С. 23-32. 
  36. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. Свойства преднапряженных изотропных материалов при учете упругих модулей высших порядков // Наука Юга России 2017. Т. 13.  № 2.  С. 3–12.
  37. Леви М.О., Калинчук В.В., Агаян К.Л. Особенности динамики слоистой преднапряженной электромагнитоупругой среды // Наука Юга России 2017. Т. 13. № 3. С. 10-17.
  38. Панькин А.В., Тимошенко П.Е., Широков В.Б. Некоторые особенности поведения ПАВ в тонких пленках титаната бария // Наука юга России. 2017. Т. 13. № 4. С. 15-22   
  39. Shirokov, V.B., Kalinchuk, V.V., Timoshenko, P.E. Electric-field-dependent mechanical and electrical properties of barium strontium titanate films for tunable device applications // Thin Solid Films. 2018. 657. 8-15.
  40. Pavel E. Timoshenko, Valery V. Kalinchuk & Vladimir B. Shirokov   Finite-element analysis of scattering parameters of surface acoustic wave bandpass filter formed on barium titanate thin film // International Journal of Smart and Nano Materials. 2018. 9(2). 88-98
  41. Shirokov, V.B., Shakhovoy, R.A., Pan'Kin, A.V., Kalinchuk, V.V. Piezoelectric coefficients of the barium-strontium titanate film on a (111)-oriented substrate // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. 324(1) 012006.
  42. Sedov, A.V., Kalinchuk, V.V., Bocharova, O.V.  Approach to Operational Experimental Estimation of Static Stresses of Elements of Mechanical Structures // Journal of Physics: Conference Series. 2018. 944(1). 012103.
  43. Широков В.Б., Калинчук В.В., Тимошенко П.Е. Свойства тонких пленок твердых растворов титаната бария стронция при вынужденном пьезоэффекте // Доклады академии наук. 2018. 479 (6). 620–625. 
  44. Шейдаков Д.Н., Белянкова Т.И., Шейдаков Н.Е., Калинчук В.В. Уравнения динамики предварительно напряженного термоупругого цилиндра // Наука Юга России. 2018. 14(1) 21-28.
  45. Sheydakov D.N. Effect of Surface Stresses on Stability of Elastic Circular Cylinder // Advanced Structured Materials. Vol. 27. Springer  2018.
  46. Belyankova T.I., Kalinchuk V.V., Sheidakov D.N. Higher order model of isotropic medium for large initial deformations // Физика и механика материалов. 2018. Vol. 40. No. 2. P. 187-200.
  47. М.О. Леви, К.Л. Агаян, Л.А. Атоян, В.В. Калинчук. Смешанная задача для слоисто-неоднородного электромагнитоупругого полупространства // Наука Юга России, 2018, 14(3), С. 12–20.
  48. Леви Г.Ю., Михайлова И.Б., Ворович Е.И. Динамическая смешанная задача для слоистого преднапряженного термоупругого полупространства // Наука Юга России 2018 Т. 14 № 1 С. 11–20.
  49. T.I. Belyankova, V.V. Kalinchuk, Shear horizontal waves in piezoelectric structures with an inhomogeneous coating // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2019.
  50. Белянкова Т. И.,  Калинчук В. В., Шейдаков Д. Н. Модули высших порядков в уравнениях динамики преднапряженного упругого тела // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела 2019, №3, с. 3–15

Основные результаты (2015-2019 гг.)

1. Получила дальнейшее развитие линеаризованная теория динамики макро- и микроразмерных структурно-неоднородных тел, находящихся в условиях воздействия электрических и магнитных полей, различных видов начального механического нагружения. Развитие проведено за счет последовательной линеаризации определяющих соотношений нелинейной динамики электромагнитной сплошной среды для тел, находящихся под воздействием внешних механических усилий и электростатического поля. В результате построены линеаризованные достаточно простые определяющие соотношения и уравнения движения среды. Форма уравнений усовершенствована за счет
использования в выражении термодинамического потенциала констант высших порядков.
2. Предложенный ранее для пленок титаната бария феноменологический подход на сегнетоэлектрические гетероструктуры твердого раствора титаната бария стронция, как с измененным составом твердого раствора, так и с ориентацией решетки подложки получил дальнейшее развитие. Проведено детальное исследование структуры фазового пространства тонкой пленки твердого раствора титаната бария стронция Ba0.80Sr0.20TiO3 (BST080) для различной ориентации подложки. ии, ортогональной к этой оси. Исследования показали, что выбором подложки можно управлять фазовым состоянием пленки. В частности, на подложке оксида магния пленка будет находиться в основном состоянии в c-или r-фазе. На подложках титаната стронция и кремния можно получить
пленки с основным состоянием в r- или a-фазе. Результаты могут представлять значительный интерес для создания принципиально новых типов устройств микро- и наноэлектроники.
3. В 2018 году получили продолжение исследования параэлектрического состояния тонкой пленки твердого раствора титаната бария стронция BST065 при комнатной температуре. Эта особенность гетероструктуры BST065 может представлять значительный интерес для создания принципиально новых типов устройств микро- и наноэлектроники с малыми вносимыми потерями за счет отсутствия гистерезисных явлений, связанных с переключением поляризации. Численно исследовано поведение пьезоэлектрических и упругих постоянных тонких пленок твердого раствора титаната бария стронция BST065 в планарном поле при различных значениях вынужденной деформации. Анализ показал, что изменение величины и направления электрического поля существенно влияет на электрические и  упругие свойства гетероструктуры. При этом воздействие электрического поля может быть либо усилено, либо ослаблено за счет изменения значения вынужденной деформации.
4. Продолжено теоретическое исследование влияния размерных параметров сегнетоэлектрических материалов, а также внешних факторов на структуру и условия локализации волновых полей макро-, микро- и наноразмерных структурно-неоднородных тел, находящихся в условиях воздействия связанных физических полей различной
природы. С этой целью были усовершенствованы развитые ранее методы и подходы к исследованию влияния начальных напряжений на упругие, электро- и электромагнитные структуры со сложным, в том числе функционально градиентным покрытием. В частности, получил усовершенствование метод численного построения функции Грина
функционально градиентной структуры за счет использования в алгоритме метода Рунге-Кутты с модификацией Мерсона. Метод обеспечивает повышение точности построения решения до 10*(-8). Использование усовершенствованных методов при разработке и исследовании новых моделей сегнетоэлектрических гетероструктур позволяет эффективно изучать влияние физических свойств и размерных параметров покрытия на его динамические характеристики и особенности формирования в рассматриваемых структурах, как поверхностного, так и внутреннего волновых полей. Изучено комбинированное влияние вида и величины начальных напряжений, градиентности покрытия и его поляризации на фазовые скорости поверхностных волн, а также на коэффициент электромеханической связи (КЭМС).
5. Получила развитие конечно-элементная модель акустоэлектронного устройства на ПАВ. На основе усовершенствованной модели проведено исследование влияния основных параметров сегнетоэлектрической структуры на основные характеристики устройства. Анализ показал существенную зависимость одного из важнейших параметров - коэффициента затухания устройства от характеристик пленки, определяющих ее фазовое состояние: толщины пленки, параметра несоответствия пленки и подложки, различие коэффициентов расширения, технологические условия нанесения пленки, а также условия изготовления пленки и выбора материала подложки.
6. Получили развитие методы идентификации неоднородностей и напряженного состояния среды по параметрам поверхностного волнового поля на основе использования наноразмерных сегнетоэлектрических датчиков деформации, а также малогабаритных акселерометров получили дальнейшее развитие. В этом направлении  была усовершенствована методология проведения экспериментальных исследований структуры и параметров поверхностных волновых полей в неоднородных средах, усовершенствованы методы распознавания линейной локализации неоднородностей, а также методы распознавания применительно к контролю начальных напряжений в материалах и предварительного напряженного состояния конструкций за счет использования специально построенных признаковых пространств диагностики. Предлагаемый метод низкочастотной диагностики статического напряжения основан на адаптивно-спектральном анализе поверхностной волны, созданной под действием удара.