Информация о докладе

СВЯЗАННЫЕ ЗАДАЧИ ХЕМОМЕХАНИКИ: ПОСТАНОВКИ И РЕШЕНИЯ
Фрейдин А.Б.
Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург
alexander.freidin@gmail.com

Хемомеханика изучает взаимосвязи химических реакций, диффузии и механических напряжений. Появление напряжений вследствие деформации, сопутствующей химической реакции, и, в свою очередь, влияние напряжений на скорость химической реакции вплоть до ее блокирования – факты, подтвержденные многочисленными экспериментами и имеющие важное значение для инженерных приложений.
В докладе рассматривается химическая реакция между диффундирующим и деформируемым твердым компонентами типа реакций окисления или литизации кремния. Вначале для реакции, локализованной на фронте превращения, обсуждаются:
•    общая постановка связанной задачи «диффузия – химия – механика», включающая уравнение диффузии; уравнения механического равновесия и кинетическое уравнение, определяющее скорость химической реакции в зависимости от механических напряжений и концентрации диффундирующего компонента;
•    тензор химического сродства как ключевой концепт, определяющий кинетику химической реакции в деформируемом теле;
•    конкуренция химических и механических факторов, влияющих на скорость реакции; выделяются реакции, на которые напряжения влияют, и реакции, которые напряжениями запускаются;
•    примеры кинетики и блокирования распространения фронта реакции в случае упругих и неупругих компонентов реакции;
•    анализ устойчивости распространяющегося фронта реакции.
Затем рассматривается объемная химическая реакция. Показывается, что в этом случае скалярное химическое сродство, определяющее скорость объемной реакции, может быть вычислено как нормальная компонента тензора химического сродства с нормалью, определяемой градиентом степени превращения.
Публикации
1.    Freidin A. B. Chemical affinity tensor and stress-assist chemical reactions front propagation in solids. In: ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. V. 9: Mechanics of Solids, Structures and Fluids. – V009T10A102. – 2013.
2.    Фрейдин А.Б. О тензоре химического сродства при химических реакциях в деформируемых материалах // Изв. РАН. МТТ. 2015. № 3. С. 35–68.
3.    Freidin A.B., Vilchevskaya E.N. Chemical affinity tensor in coupled problems of mechanochemistry. In: Encyclopedia of Continuum Mechanics. Altenbach H. and Öchsner A. (Eds) Springer Berlin, 2020.
4.    Фрейдин А.Б. О конфигурационных силах в механике фазовых и химических превращений // ПММ. 2022. Т. 86, № 4. С. 571-583.
5.    Morozov A., Freidin A.B., Müller W.H. On stress-affected propagation and stability of chemical reaction fronts in solids // Int. J. Engineering Science. – 2023 – V. 189 – P. 103876.
6.    Poluektov M., Freidin A.B. Localisation of stress-affected chemical reactions in solids described by coupled mechanics-diffusion-reaction models // Int. J. Engineering Science. – 2024 – V. 196 – P. 104006.

Докладчики

• Фрейдин Александр Борисович