Теоретическое, экспериментальное и численное многоуровневое структурное моделирование процессов накопления повреждений и разрушения поликристаллических и субмикроструктурных материалов, элементов конструкций и узлов машин с применением последних достижений в области теории хаоса, стохастического моделирования, электронной микроскопии и мультифрактального анализа;

• Выявление закономерностей достижения материалом предельного состояния и выработки ресурса металлоконструкций, разработка и обоснование основных положений теории низкотемпературного вязко-хрупкого перехода и хладноломкости сталей и сплавов;
• Исследование свойств, закономерностей деформирования и механизмов разрушения, научные основы повышения прочности и хладостойкости конструкционных сталей на основе формирования ультрамелкозернистой структуры интенсивной пластической деформацией в сочетании с другими методами обработки;
• Разработка методов исследования напряженно-деформированного состояния элементов конструкций с концентраторами напряжений, методов оценки предельного состояния и ресурса материалов;
• Научно-технические основы создания полуфабрикатов сложного профиля комбинированными методами интенсивной пластической деформации.

Разработка общей теории хрупкого разрушения и вязко-хрупкого перехода

На основе многомасштабного структурного подхода разработана кинетическая теория хрупкого разрушения материалов и конструкций в экстремальных условиях, включая низкие климатические температуры, водородное охрупчивание, динамическое нагружение. Подход основан на термофлуктуационной теории разрушения и фононно-дислокационном механизме вязко-хрупкого перехода в сталях и сплавах с ОЦК-решеткой, которые подтверждены микроструктурными и исследованиями внутреннего трения. Различные применения метода позволяют моделировать накопление повреждений и оценивать ресурс конструкций, а также прогнозировать свойства новых материалов, в том числе с субмикроскопической и наноструктурой.

Исследования процессов накопления повреждений и разрушения, оценки ресурса узлов транспортной техники, элементов металлоконструкций

• Разработаны основы многомасштабного подхода к моделированию накопления структурных повреждений в материалах. Мультифрактальный анализ позволяет получить количественные показатели изменения характера деформирования материалов при низких температурах.
• Разработана модель замедленного разрушения элементов конструкций, основанная на решении связной задачи диффузии водорода в поле гидростатических деформаций, учитывающая равновесное распределение дефектов в виде дислокаций и пор в структуре металла.
• Разработана модель динамического разрушения предварительно нагруженных элементов конструкций при ударном воздействии, основанная на концепции потока энергии в вершину трещины, термофлуктуационном подходе к разрушению, и результатах эксперимента по высокоскоростной съёмке вершины бегущей трещины.
• Разработана расчётная модель накопления ударно-контактных и усталостных повреждений в материале обода железнодорожного колеса при низких температурах, когда ударная вязкость конструкционной стали существенно падает в результате вязко-хрупкого перехода. Модель применена для элементов металлоконструкций, эксплуатируемых в условиях Центральной Якутии.
• Разработан метод оценки поврежденности и ресурса сварных металлоконструкций из стали 09Г2С на основе обобщения исследований хрупкой прочности и вязкохрупкого перехода в сталях, эксплуатирующихся в экстремальных условиях Арктики и Субарктики.
• Дан анализ механизмов разрушения стали повышенной прочности, полученной методами РКУП и экструзии, для оптимизации управления структурой и свойствами стали.
• В результате интенсивной пластической деформации сталей и сплавов получены образцы наноструктурированных материалов с кратно повышенными механическими свойствами и хладостокостью.