Континуально-термодинамічний підхід моделювання взаємозв’язаних механотермодифузійних процесів

Континуально-термодинамічний підхід моделювання взаємозв’язаних механотермодифузійних процесів

Пам’яті відомого вченого Володимира Асташкіна від друзів присвячується. Володимир Асташкін мав величезний життєвий досвід, це роки щастя і турбот, радощів і прикрощів. Усе зроблене ним і Вами – непідвладне плину часу і зміні поколінь. Нехай людська вдячність і пошана будуть вірними супутниками на літа. Володимир Асташкін був автором великої кількості наукових праць і важливого наукового напрямку на стику механіки деформівного твердого тіла, термодинаміки нерівноважних процесів та матеріалознавства. Володимир Асташкін розробив континуально-термодинамічний підхід до математичного моделювання взаємозв’язаних механотермодифузійних процесів, що протікають у складних гетерогенних багатофазних і багатокомпонентних середовищах з урахуванням алотропних модифікацій, нелінійних ефектів та фазових перетворень, які проходять під впливом механічних і теплових навантажень, зокрема в тілах, виготовлених з матеріалів з пам’яттю форми.

Поведінку тіл (з пам’яттю форми) зручно описувати за допомогою інваріантів тензорів напружень і деформацій, які можна розглядати, як незалежні параметри стану. Інваріантний підхід дозволяє окремо врахувати вплив як кульової (зміна об’єму), так і девіаторної (зміна форми) частин тензорів напружень і деформацій на фазовий склад системи і використати підходи теорії багатокомпонентних розчинів. У зв’язку з цим В. Асташкіним сформульовано основні положення макроскопічної термодинамічної моделі для кількісного опису процесу деформування твердих тіл, в яких відбуваються фазові перетворення, зумовлені впливом всестороннього розтягу – стиску та зсуву. При цьому застосовано його підхід, моделі, а також відомі методи механіки суцільного середовища та термодинаміки нерівноважних процесів. Як приклад практичного використання його теорії, з використанням відповідного підходу досліджується поведінка сплаву з пам’яттю форми, в якому спочатку внаслідок дії зсувних напружень відбувається утворення мартенситу, а наступний нагрів викликає протікання зворотного перетворення. На основі отриманих результатів проведено розрахунки для деяких поширених сплавів з пам’яттю форми з урахуванням розподілу мартенситу в деформованому елементі конструкції зі сталі, і проаналізовано фазовий склад після наступного нагріву, а також розподіли залишкових напружень, що виникли внаслідок протікання перетворень: прямого – внаслідок кручення, зворотнього – за нагріву. З отриманих результатів випливає, що за кручення в тілі формується неоднорідний фазовий склад і викликаний ним неоднорідний розподіл залишкових напружень. Після наступного нагріву напруження зменшуються (це пояснюється протіканням зворотнього перетворення та наближенням при цьому фазового складу тіла до початкового стану). Отримані закономірності узгоджуються з відомими даними про поведінку сплавів з пам’яттю форми. Запропонована В. Асташкіним модель опису термомеханічних процесів з урахуванням мартенситного перетворення є теоретичною підставою для розробки оптимальних режимів виготовлення та експлуатації конструктивних елементів зі сплавів з пам’яттю форми у відповідних технічних пристроях, зокрема, для фіксаторів, які застосовуються під час відновлювального лікування пацієнтів після переломів.

Варто відзначити також цикл робіт В. Асташкіна, який присвячений використанню його наукового напряму для оптимізації експлуатаційних властивостей металевих елементів конструкцій. Під час виготовлення, обробки та експлуатації деталей та елементів інженерних конструкцій зі сталі їх часто піддають різним варіантам локального нагріву. Це пов’язано з можливістю керованого впливу на визначені ділянки тіл, необхідністю мінімізації витрати енергії, неможливістю здійснення загального нагріву та використанням таких технологічних операцій, під час яких здійснюється саме локальний нагрів (наприклад, при зварюванні). Такий нагрів, як правило, приводить до збурення фазового складу зони термічного впливу в порівнянні з вихідним просторово однорідним розподілом фаз у металі. Швидке охолодження матеріалу у зоні нагріву приводить до виникнення гартувальних складових у структурі матеріалу, що може стати причиною зміни експлуатаційних властивостей виробу. В працях В. Асташкіна та співавторів запропоновано рекомендації щодо процедури гартування, в результаті чого покращується зносостійкість, якість та підвищується твердість матеріалу.

Серед великої кількості наукових праць Володимира Асташкіна слід відзначити наступні:

1. Асташкін В., Онишко О., Пелка К., Станік-Беслєр А. Моделювання фізико-механічного стану стрижня з пам’яттю форми за дії термосилового навантаження // Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: збірник наукових праць 10-ї Міжнародної наукової конференції / за заг. ред. Р. М. Кушніра і Г. С. Кіта // Львів: Інститут прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригача НАН України. 2019. Вип. 5. С. 20-21.

2. Дослідження процесу просторового розподілу фаз при швидкому охолодженні сталевих тіл / С. Ф. Будз, В. І. Асташкін, Б. Д. Дробенко // Математичні методи та фізико-механічні поля. 2019. 47 (1), С. 134-139.

3. Асташкін В. І., Будз С. Ф., Дробенко Б. Д. Оцінювання можливості подальшого використання колекторів первинного пароперегрівача котла з експлуатаційними пошкодженнями // Прикладні проблеми механіки і математики. 2018. Вип. 16. С. 74-81.

4. Дробенко Б., Асташкін В., Будз С. До проблеми продовження терміну експлуатації елементів енергетичного обладнання // Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології. 2018. Вип. 27. С. 62-69.

5. Astashkin V. I., Budz S. F., Hachkevych O. R., Drobenko B. D. Estimation of the service life of power equipment elements using stress state modeling, taking into account material degradation, damaged and repair samples of defects // Manufacturing processes. Actual Problems – 2018. Vol. 2: Modelling and optimization of manufacturing. Studia i monografie. z. 493 , pod red. nauk.: O. Hachkevych, A. Stanik-Besler, T. Wołczański. Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole, 2018. Chapter 6. P. 117-134.

6. Budz S. F., Drobenko B.D., Astashkin V. I. Residual Structural Stresses in Glass Bodies // Materials Science. 2014. 50, № 3. C. 406-411.

7. Evaluation of suitability of power engineering equipment elements for their use over the fleet lifе (Оцінка придатності елементів енергетичного обладнання до експлуатації понад парковий ресурс) / B. D. Drobenko, S. F. Budz, V. I. Astashkin // Наука та інновації (Science and innovation). 2014. 10 (5), P. 5-16.

8. Дробенко Б. Д., Будз С. Ф., Асташкін В. І. Моделювання термомеханічних процесів в елементах діючого енергообладнання та оцінка їх експлуатаційного ресурсу з урахуванням деградації матеріалу, пошкоджень та ремонтних втручань // Наука та інновації. 2013. Tом 9, № 1. С. 21-32.

9. Напружений стан титанової оболонки обертання при локальному нагріві з врахуванням фазових перетворень / О. Гачкевич, Б. Дробенко, В. Асташкін, С. Будз, І. Чупик // Вісник Львівського університету. Серія механіко-математична, 2010, № 73. С. 16-22.

10. До питання про розрахунок фазового складу і відповідних йому залишкових напружень при неоднорідному нагріві тонких сталевих пластин / О. Гачкевич, В. Асташкін, Б. Дробенко, Т. Козакевич // Машинознавство, 2009. № 12. С. 3-8.

11. Гачкевич О., Асташкін В., Дробенко Б., Козакевич Т. До питання про розрахунок фазового складу і відповідних йому залишкових напружень при неоднорідному нагріві тонких сталевих пластин // Машинознавство, 2009. № 12 (150). С. 3-8.

12. Astashkin V, Hachkevich A., Kozakevich T., et al. Uniform phase content optimal local heating of thin steel plates. Optimization of production processes. Edit. M. Gajek, Oficyna wydawnicza Politechnika Opolska, Studia I monografie, z. 238, Opole, 2008. Ch.1, P. 11-22.

13. Modelling of Phase Structure and Stress State of the Rod from the Shape Memory Material at Thermomechanical Loading // Astashkin Volodymyr, Onyshko Oleksii, Drobenko Bohdan, Budz Stepan // CMST 2008, 14 (2), С. 81-86.

14. Моделювання фазового та напруженого станів стержня при крученні за структурних змін / В. Асташкін, О. Гачкевич, О. Онишко, Б. Боженко // Вісник Львівського університету. Серія механіко-математична, 2008. № 69. С. 93-97

15. Hachkevych O., Astashkin V., Kozakevych T., et al. Calculation of the phase content of a steel plate at local heating // Kovove Mater., 2007, No. 45, P. 319-325.

16. Будз С. Ф., Асташкін В. І., Дробенко Б. Д. Дослідження процесу просторового розподілу фаз при швидкому охолодженні сталевих тіл // Мат. методи і фіз.-мех. поля. 2004, 47, № 1. С. 134-139.

17. Astashkin V., Bozhenko B., Budz S., Onyshko O. Modeling using invariants of stress tensors and deformations of thermomechanical processes in solids during technological heating // Projektowanie procesów i systemów technologicznych. Lublin: Societas Scientarium Lublinensis, 2003. P. 164-170.

18. Astashkin V. I., Budz S. F., Hachkevych O. R., Drobenko B. D., Kozakevych T. V. Structural State of Steel Plates under the Action of Moving Heat Sources // Materials Science. 2003. 39, № 1. C. 42-47.

19. Асташкін В., Будз С., Гачкевич О., Дробенко Б. Моделювання структурного стану сталевих пластин за умов дії рухомих розподілених джерел тепла // Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2003. № 1. С. 4–45.

20. Асташкін В., Гачкевич О., Будз С., Равська-Скотничи А. Методика дослідження залишкових напружень у стальних тілах при неоднорідному розподілі фаз // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. Дніпропетровськ, 2003. С. 31–35.

21. Асташкін В., Будз С., Гачкевич О., Дробенко Б., Ірза Є. Фазовий стан сталевої пластини, обумовлений дією розподілених джерел нагріву // Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2002. №2. С. 48–52.

22. Residual structural stresses in a steel body / V. I. Astashkin, S. F. Budz, O. R. Hachkevych, B. D. Drobenkо // Materials Science. August 2002. V. 38, P. 717-723.

23. Residual stresses in the bodies made of low alloy steels / V. Astashkin, B. Drobenko, A. Gachkevich / Materials science forum, 2002. V. 404-407, P. 245-250.

24. Opracowanie modułu sterowania procesem obróbki cieplnej wyrobów ze stali niskostopowych / W. Astaszkin, A. Gaczkiewicz, T. Kozakiewicz, A. Peer-Kasperska // Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika, 2002. Z. 59 (196). S. 83-88.

25. Metodologia optymalizacji procesów obróbki cieplnej w modułowych technologiach wytwarzania wyrobów próżniowych / W. Astaszkin, S. Budz, A. Gaczkiewicz, Z. Kasperski // Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika, 2002. Z. 59(196). S. 77-82.

26. Будз С. Ф., Асташкін В. І., Ірза Є. М., Яцюк Р. А. Про математичну модель оптимізації за напруженнями режимів теплового навантаження скляних тіл // Математичне моделювання процесів та автоматизованого обладнання. Видавництво Державного університету «Львівська політехніка» 2001. С. 69-74.

27. Розрахунок фазового та напруженого стану консольного елемента давача температури при дії силового навантаження / О. Є. Онишко, В. І. Асташкін // Математичні методи та фізико-механічні поля, 2001. 44 (2), С. 142-145.

28. Astashkin V., Gachkevich O., Kozakevich T. et. Al. Optimization of mechanical properties of joint welds zone in thin-walled constructions // In: Proc. Of the Second Conf. on Thin-Walled Vessels, WSP im. T. Kotarbinskiego, Zielona Góra. 2001. P. 157-166.

29. Analysis of the thermoelastoplastic state of a plate by the finite-element method / V. I. Astashkin, S. F. Budz, B. D. Drobenko, V. S. Mykhailyshyn // Materials Science 1999. 35 (1), P. 23-29

30. Stress-strain state of a thermosensitive bimetallic system / V. I. Astashkin, E. H. Ivanyk, O. V. Sikora // Materials Science. 1996. 32 (4), P. 456-462.

31. The phase-temperature state of a hollow cylindrical casting / B. D. Drobenko, V. I. Astashkin, I. I. Chupik, A. P. Bukalov // Journal of Mathematical Sciences. May 1996. 79, P. 1431-1433.

32. Changes in the physicomechanical state of an elastic layer with memory of the shape under bending and heating / V. I. Astashkin, S. F. Budz, O. S. Onyshko, O. M. Myronchuk // Materials science 1995. 31 (3), P. 371-376.

33. Analytic investigation of the process of formation of a spatially inhomogeneous structural state in a steel plate subjected to rapid cooling / V. I. Astashkin, E. G. Ivanyk // Materials Science. 1993. 29 (6), P. 666-669

34. Effects of local heating on the surface phase composition of a shaft / V. I. Astashkin, B. D. Drobenkо // Materials Science. 1993. 29 (1), P. 69-72.

35. Deformation processes during ordering of the internal structure of solids / Y. I. Burak, V. I. Astashkin // Dopovidi Akademii Nauk Ukrainskoi RSR, Seriya A – Fiziko-matematichni ta Technichni Nauki, 1989.

36. Gas impregnation of titanium alloys in heat treatment in a static atmosphere of argon / G. G. Maksimovich, V. N. Fedirko, V. I. Astashkin, A. T. Pichugin, V. S. Pavlina // Sov. Mater. Sci.(Engl. Transl.);(United States) 1988. 23 (4). P. 377-382.

37. Mathematical Modelling of the Formation Kinetics of Residual Welding Stresses With Allowance for the Effect of Phase Transformations / V. I. Astashkin, S. F. Budz, Ya. I. Burak // Dop. Akad. Nauk Ukr. RSR A, Fiz.-Mat. Tekh., 1987. P. 31-34.

38. The change of properties of bicomponential diffusional coating under diffusional dispersal / V. S. Pavlina, V. I. Astashkin // Soviet materials science: Fiziko-himičeskaâ mehanika materialov. 1984. 20 (2), P. 66-69.

39. Change in properties of a two-component diffusion coating in diffusion resorption / V. S. Pavlina, V. I. Astashkin // Soviet materials science: a transl. of Fiziko-khimicheskaya mekhanika materialov. 1984. 20(2). P. 152-155.

40. The change of properties of bicomponential diffusional coating under diffusional dispersal / V. S. Pavlina, V. I. Astashkin // Soviet materials science: Fiziko-himičeskaâ mehanika materialov. 1984. 20 (2), P. 66-69.

41. Deformations in combined successive and volumetric crystallization / V. I. Astashkin / Soviet materials science: a transl. of Fiziko-khimicheskaya mekhanika materialov. 1978. 13 (2), P. 218-219.

42. Sur la description quantitative des processus physico-mecaniques lors de la recristallisation dans un systeme a 1 composant / V. I. Astashkin // OAE. 1978.

43. Fundamental equations of process of deformation of multicomponent solids under allotropic transformation / Ya. S. Podstrigach, Ya. I. Burak, V. I. Astashkin // Soviet Applied Mechanics. 1977. 13 (10), P. 1050-1055.

44. Fundamental equations of the process of deformation of multicomponent bodies experiencing allotropic transformation / Ya. S. Podstrigach, Ya. I. Burak, V. I. Astashkin // Prikladnaia Mekhanika. 1977. 13, P. 108-114.

45. Physicomechanical processes in a binary system with a first-order phase transition / V. I. Astashkin, Ya. I. Burak // Soviet materials science: a transl. of Fiziko-khimicheskaya mekhanika materialov // 1977. 12 (2), P. 195-200.

46. Effect of 475° embrittlement on plastic deformation of high-chromium steels / A. I. Kondyr', A. N. Tkach, V. I. Astashkin, M. F. Zamora // Soviet materials science: a transl. of Fiziko-khimicheskaya mekhanika materialov. 1976. 10 (5), P. 501-504.

47. Astashkin V. I., Burak Ya. I. Investigation of physicomechanical processes in a binary system under a phase transformation of the first kind // Fiz.-Khim. Mech. Mater. 1976, No. 2. P. 96-102.

48. Astashkin V. I., Burak Ya. I. Equations of the thermodynamic theory of the process of crystallization of a one-component system // Mathematical Methods and Physicomechanical Fields. Kiev. 1976, No. 4. P. 11-16.

49. Патент на корисну модель № 81212. Спосіб захисту від корозійно втомного руйнування елементів обладнання високого тиску / Асташкін В. І., Будз С. Ф., Ванкевич П. І. / Зареєстровано в державному реєстрів патентів України на корисні моделі 25.06.2013, № 2-19-13-19478-А, Бюл. № 12.

50. Патент на корисну модель № 81386. Спосіб коригування фазового стану сталевих деталей / Асташкін В. І., Будз С. Ф., Ванкевич П. І. / Зареєстровано в державному реєстрів патентів України на корисні моделі 25.06.2013, № 2-19-13-19652-А, Бюл. № 12.

51. Патент на корисну модель № 82699. Спосіб пониження рівня експлуатаційних навантажень гнутих ділянок паропроводів / Асташкін В. І., Будз С. Ф., Ванкевич П. І. / Зареєстровано в державному реєстрів патентів України на корисні моделі 12.08.2013, № 2-19-13-24871-А, Бюл. № 15. 52. Модельний опис фазових перетворень і залишкових напружень в елементах конструкцій при термічному навантаженні / О. Гачкевич, Б. Дробенко, В. Асташкін, С. Будз, І. Будз, І. Чупик // Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології, 2017. 26. С. 17-30.

Слід відзначити, що результати досліджень В. Асташкіна, а також матеріали спільних наукових праць були використані співавторами, як є одночасно колегами та однодумцями, для написання трьох докторських дисертацій, а крім того практична спрямованість його теорії, моделей та розробок відображена, зокрема, у патентах.

Благодійність В. І. Асташкіна – одна з чеснот його як доброї людини. Цілком справедливим є твердження про те, що це – один із виявів гуманності, який проявляється завдяки чуйності, поваги, любові до ближнього, вміння співпереживати, прощати людські недоліки і вади. Це людяний і людський крок, на який у реальному житті здатний, на жаль, далеко не кожен громадянин нашого суспільства. Мабуть, саме тому благодійність завжди в народі вважалася й залишається вищою чеснотою, а ті, хто здатний на неї, викликають щиру повагу.У наш час благодійність – це не тільки допомога сиротам чи пожертва на операцію, це також вклад в майбутнє країни: її здоров’я, культуру чи освіту. Це фактично інвестиція в інтелектуально-духовний потенціал країни.«Давайте – і дадуть вам… Бо якою ви мірою міряєте, такою відміряють вам» – так говориться у Біблії (Лк, 6:38). З чистим серцем, чистими помислами, з душею, наповненою благодаттю та миром саме такий спосіб і в такому стані потрібно давати милостиню, чинити добро, не озираючись, чи хтось бачить, чи не бачить, чи похвалить, чи осудить. Якщо потреба робити добро, допомагати ближньому є, то вона є завжди. Не просто поспівчувати, не просто любити, не просто бути добрим, а, відкинувши власні інтереси й проблеми, поспішати на допомогу іншим! Ось насправді людяний і людський крок, на який, на жаль, у реальному житті далеко не кожен здатний. Мабуть, саме тому благодійність завжди в народі вважалася й уважається вищою чеснотою, а ті, хто здатні на неї, здобуваються на щиру шану й пам’ять. Інші ж тисячі й тисячі благодійників, які колись ставали й нині продовжують ставати на шлях творення й примноження добра в цьому світі, також не забуваються: якщо не в людській пам’яті, то на скрижалях Небесного Отця, де записана кожна справді людська справа… Підсумовуючи все вищесказане, можемо з упевненістю ствердити: благодійність дійсно є найбільшим виявом гуманності, бо саме завдяки цій людській здатності – безкорисливо прийти на допомогу іншим – у цьому світі не зникає добро. Вона робить суспільство кращим та милосерднішим. Тож, будьмо не байдужими один до одного, творімо добро як це робив В. І. Асташкін! Колега В. І. Асташкін — це не порожнє слово. Неай джерело людської вдячності за його турботи та відношення до людей ніколи не вичерпується, серце наповнюється світлом, а сили дарує Всевишній. Ваше життя В. І. Асташкін – яскравий приклад того, як треба шанувати людей і працю. Вам є чим пишатися. Ви не змарнували життя і на всіх життєвих дорогах прагнули бути професіоналом, чуйним і турботливим до людей та вміти завжди допомагати. У Вас було так завжди багато справ, Ви завжди був ласий до життя, У Ваших задумах завжди були мудрість, на роботі – підтримка, вдома – увага та взаєморозуміння, у серці – світло від людської вдячності. Нехай завжди Ваших дітей та внуків супроводжує щаслива зоря, Боже благословення, а у їх домах панують любов, злагода та добробут, бо Ви своїм життям показали для них достойний приклад. Ви розрадили друзів у скорботі, не забували в біді, і на дружбу Ви також були багаті, До людей Ви - лиш з добром, Допоки сонце світить з висоти, щебечуть птахи, зацвітають квіти, нехай завжди пам'ять про Вас зберігається, а людська шана не минають, А Вашу мрію й працю повсякчас лиш визнання вінчають!

Ви були професіоналом своєї справи. Ви завжди були сповнені ідей та енергії для втілення їх у життя. Ви були чуйний, оптимістичний, і тому з нашого боку користувались заслуженими повагою і визнанням. Ви були – опора колективу. У роботі й відпочинку Всім приємно було бути поруч з Вами. Допомогали Ви друзям і колегам як треба, порадою й ділами. Приклад ми беремо з Вас, Ви були розумний та терплячий, Дуже шануємо, що були поруч з Вами, Знайте, що наша повага до Вас безмежна. Ви повністю віддалися праці, при цьому зберігаючи позитивний настрій, товариськість і ласкаву усмішку, а праця Ваша надихала весь наш колектив. Ваші роки були – то Ваш скарб, , Всі про це ми знаєм. Вашу мудрість знаєм ми, Цінимо Ваш досвід, Шана в Вас поміж людьми та повага були досить відчутні. Пишаємось, що були поруч з Вами.

Більшу частину свого життя ми проводимо зі сторонніми, які з часом стають такими рідними і близькими людьми. Ми іноді знаємо про те, що відбувається в їх житті. Робота приносила Вам стільки ж користі, скільки Ви їй. Завдяки таким людям як Ви ми з упевненістю можемо дивитися в майбутнє. Хоч було тривог в житті немало, Та не будемо згадувати сумне, Бо горить в душі іще багаття, Лише добром для доброї людини. Нехай старання Ваші і труди помножать успіх в наших колективах, Ми проводимо на роботі частину свого життя і від того, з ким пліч-о-пліч доводитися працювати, досить помітно залежать і душевний комфорт, і творчий настрій. У праці роки пролетіли, неначе ластівки в блакить. Ми висловлюємо Тобі свою подяку за Твій бойовий робочий настрій і вміння співпрацювати у команді. З Тобою завжди було легко і приємно спілкуватися на професійні теми, Ти вмів підбадьорити і допомогти слушною порадою.

Допоки сонце світить з висоти, щебечуть птахи, зацвітають квіти, Ми будемо Вас пам’ятати, Людська повага й шана не минають, А Вашу мрію й працю повсякчас лиш визнання вінчають! Як вишиванка все життя твоє, то чорні кольори, а то червоні, Високе небо, що над головою, І колір радості наповнює наш дім. Велика шана і подяка Вам за ваш сумлінний чесний труд, І Вам вклоняється усякий, Твердий був Твій погляд, розум був в Тебе гострий, Минулому немає вороття. Людська повага й шана не минають, А вашу мрію й працю повсякчас лиш визнання вінчають! Нехай від людей про Вас будуть завжди добрі спогади. Прикмета ще існує у людей, що коли зірка упаде із неба, то всім бажання загадати треба. Нехай здійсняться мрії і бажання, Твої надії, думи й сподівання і все, що можуть там – на небесі, те, що зірки виконувати можуть: любов, здоров’я, успіхи в труді,

Для студентів та аспірантів і докторантів . Основною метою є ознайомлення з основами проведення наукових досліджень. Професори Юзевич В. М. та Огірко І.В.