Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2021,  том 18,  №4, 414-421

 

Павел Васильевич Захаров1, Михаил Дмитриевич Старостенков2, Устина Ильдусовна Янковская3, Сергей Владимирович Дмитриев4, Елена Александровна Корзникова5

Солитоноподобные волны при периодическом гармоническом возмущении в интерметаллическом соединении состава А3В

1 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая, 29, 195251, Санкт-Петербург, Россия
2 Алтайский государственный технический университет им. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия
3 Алтайский государственный медицинский университет Минздрава России, пр. Ленина, 40, 656038, Барнаул, Россия
4, 5 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул. Степана Халтурина, 39, 450001, Уфа, Россия
1 Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет им. В.М. Шукшина, ул. Владимира Короленко, 53, 659333, Бийск, Россия
4 Институт физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра РАН, пр. Октября, 71, 450054, Уфа, Россия
5 Уфимский государственный авиационный технический университет, ул. К. Маркса, 12, 450008, Уфа, Россия
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/ 0000-0002-6410-1594
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/ 0000-0002-6326-7613
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-6434-0747
4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-6744-4445
5 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript ,
https://orcid.org/ 0000-0002-5975-4849

В данной работе посредством метода молекулярной динамики анализируется поведение приповерхностных слоев в интерметаллиде стехиометрического состава А3В (на примере Pt3Al) при гармоническом внешнем воздействии. Особое внимание уделяется изучению воздействия высокой амплитуды, которые приводят к достаточно быстрому разрушению кристаллической структуры при экстремальных воздействиях. Для описания межатомного взаимодействия используется потенциал, полученный методом погруженного атома. Выявлен механизм, при котором происходит разрушение слоев вблизи поверхности кристалла и показана роль в этом процессе нелинейных локализованных мод. В работе показано, что при продолжительном воздействии флуктуации происходят не только для атомов Al, но и для атомов Pt. Это определяет быстроту разрушения кристаллической решетки вблизи зоны воздействия. Рассмотрена возможность образования уединенных волн в широком диапазоне частот и амплитуд гармонических воздействий. Зависимости, приведенные в работе, позволяют сделать вывод о том, что высокоамплитудные возбуждения могут вносить существенный вклад в процесс накопления энергии вблизи поверхности кристалла. В то же время дальнейшая передача энергии в объемную часть кристалла может осуществляться с помощью нелинейных упругих волн солитонного типа без разрушения материала.

Ключевые слова: нелинейная динамика решетки, метод молекулярной динамики, дискретный бризер, солитон, частота гармонического воздействия.

УДК 538.913; 539.8

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2021.04.003


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 18, No.4 (2021) 414-421

 

Pavel V. Zakharov1, Mikhail D. Starostenkov2, Ustina I. Yankovskaya3, Sergey V. Dmitriev4, Elena A. Korznikova5

Soliton like waves under periodic harmonic disturbance in intermetallic compound of composition А3В

1 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Polytechnicheskaya Str., 29, St. Petersburg, 195251, Russia
2 I.I. Polzunov Altai State Technical University, Lenin Pr., 46, Barnaul, 656038, Russia
3 Altai State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Lenin Pr., 40, Barnaul, 656038, Russia
4, 5 Institute for Metals Superplasticity Problems of RAS, Khalturina Str., 39, Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia
1 Shukshin Altai State University for Humanities and Pedagogy, Vladimira Korolenko Str., 53, Biysk, 659333, Russia
4 Institute of Physics of Molecules and Crystals, Ufa Federal Research Center, RAS, Ufa, Russia
5 Ufa State Aviation Technical University, K. Marx Str., 12, Ufa, 450008, Russia
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/ 0000-0002-6410-1594
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/ 0000-0002-6326-7613
3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-6434-0747
4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-6744-4445
5 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript ,
https://orcid.org/ 0000-0002-5975-4849

In this work, using the molecular dynamics method, we analyze the behavior of near-surface layers in an intermetallic compound of stoichiometric composition A3B (for example, Pt3Al) under a harmonic external action. Particular attention is paid to the study of the effects of high amplitudes, which lead to a fairly rapid destruction of the crystal structure under extreme influences. The potential obtained by the embedded atom method is used to describe the interatomic interaction. A mechanism has been identified for the destruction of layers near the crystal surface, and the role of nonlinear localized modes in this process has been shown. It is shown in this work that under prolonged exposure, fluctuations occur not only for Al atoms, but also for Pt atoms. This determines the rate of destruction of the crystal lattice near the impact zone. The possibility of the formation of solitary waves in a wide range of frequencies and amplitudes of harmonic influences is considered. The dependences presented in the work allow us to conclude that high-amplitude excitations can make a significant contribution to the process of energy accumulation near the crystal surface. At the same time, further transfer of energy to the bulk of the crystal can be carried out using nonlinear elastic waves of the soliton type without destruction of the material.

Keywords: nonlinear lattice dynamics, molecular dynamics method, discrete breather, soliton, harmonic action frequency.