Исследование механизмов релаксации напряжений в пластической зоне перед вершиной трещины в природных композитах с развитой иерархической структурой (дентине и эмали зубов человека)

Проект: Проект-Грант

Сведения о проекте

Описание

Реализация преимуществ современных композитов, в частности созданных на основе тканей живых организмов – биомиметиков, перед традиционными материалами сталкивается с трудностями, обусловленными недостатком информации о механизмах их деформации и разрушения. Для решения проблемы нужны модельные материалы с развитой иерархической структурой. В качестве таковых в настоящем проекте используются твердые ткани зубов человека (дентин и эмаль), которые обладают сложной многоуровневой структурой и уникальным сочетанием механических свойств: высокой упругостью, способностью к значительной необратимой деформации и прочностью, близкой к прочности низколегированной стали. Дентин – биополимер, упрочненный ультра мелкодисперстными частицами апатитной фазы, а эмаль – биоминерал с волокнистой морфологией. Целью проекта является получение новых экспериментальных данных о структуре твердых тканей зубов человека на разных масштабных уровнях и o связи их структуры с прочностными свойствами, которые станут основой разрабатываемых физических моделей деформации и разрушения дентина и эмали.
Процессы деформации и разрушения дентина и эмали на масштабах, доступных прямому наблюдению, изучаются при помощи известных методов физического материаловедения: оптической и электронной микроскопии (на просвет и на отражение) и методом рентгеновского фазового контраста в синхротронном излучении. Элементный состав твердых тканей зубов (степень минерализации) оценивается современными физико-химическими методами, включая локальный элементный анализ). Объектами, на которых процессы деформации и разрушения можно изучать в развитии и во взаимодействии, являются трещины и пластические зоны перед их вершинами. Важной составляющей проекта является развитие теоретических модельных представлений об основных носителях, механизмах и закономерностях пластической (необратимой) деформации в дентине и эмали, о физических процессах, определяющих деформацию и разрушение этих твердых тканей на разных масштабных уровнях.
В проекте впервые проводится комплексное изучение геометрии трещин и траекторий их движения в дентине и эмали в зависимости от схемы приложения нагрузки в режиме активного нагружения (сжатие, растяжение, диаметральное сжатие, изгиб и сдвиг) и от особенностей морфологии твердой ткани, включая степень ее минерализации, а также развитие структуры материала и геометрических характеристик пластической зоны в вершине трещины на макро-, мезо- и микроскопическом масштабе, причем, что чрезвычайно важно, часть экспериментов будет выполнена на одних и тех же лабораторных образцах. На основании полученных экспериментальных данных будут впервые в мире определены механизмы и построены физические модели деформации и разрушения таких различных по строению и функциональным свойствам твердых тканей зубов человека как дентин и эмаль. В состав основных исполнителей проекта входят исследователи, внесшие существенный вклад в имеющиеся представления о деформационном поведении дентина и эмали и о взаимосвязи структуры и механизмов деформации и разрушения наноматериалов. Участие в исследовательской группе молодых кандидатов наук способствует росту их профессионального уровня в области физического материаловедения биоматериалов и композитов.
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания01/01/201531/12/2017

Тип источника финансирования (РФФИ, РНФ, Х/Д, Гранты и т.д.)

  • РНФ

Площадка НИЧ УрФУ, где ведется данный грант (НИЧ Куйбышева, НИЧ Мира)

  • НИЧ Куйбышева

ГРНТИ

  • 29.19.22 Физика наноструктур. Низкоразмерные структуры. Мезоскопические структуры

Результат исследований

  • 12 Статья
  • 1 Материалы конференции

ВЯЗКОУПРУГОСТЬ И МЕХАНИЗМЫ ПЛАСТИЧНОСТИ ДЕНТИНА ЗУБОВ ЧЕЛОВЕКА

Бородин, И. Н., Зайцев, Д. В., Панфилов, П. Е., Seyedkavoosi, S., Drach, B., Микаелян, К. Н., Гуткин, М. Ю. & Sevostianov, I., 2018, В : Физика твердого тела. 60, 1(15), стр. 118-126 9 стр.

Результат исследований: Вклад в журналСтатья

Fraction-exponential representation of the viscoelastic properties of dentin

Seyedkavoosi, S., Zaytsev, D., Drach, B., Panfilov, P., Yu. Gutkin, M. & Sevostianov, I., 1 фев 2017, В : International Journal of Engineering Science. 111, стр. 52-60 9 стр.

Результат исследований: Вклад в журналСтатья

  • 15 Цитирования (Scopus)

    Regularities of fracture pattern formation in alumina ceramics subjected to dynamic indentation

    Davydova, M. M., Chudinov, V., Uvarov, S. V., Naimark, O., Zaytsev, D., Panfilov, P. & Tolmacheva Lyapunova, E., 2017, В : Frattura ed Integrita Strutturale. 11, 41, стр. 552-561 10 стр.

    Результат исследований: Вклад в журналСтатья

  • 1 Цитирования (Scopus)

    Theoretical model of the plastic zone at the I-mode crack tip in dentin

    Borodin, E. N., Gutkin, M. Y., Mikaelyan, K. N. & Panfilov, P., 1 мая 2017, В : Scripta Materialia. 133, стр. 45-48 4 стр.

    Результат исследований: Вклад в журналСтатья

  • 1 Цитирования (Scopus)