Унификация методов расчетов и испытаний на прочность, ресурс и трещиностойкость

Показано, что для всех объектов машиностроительного комплекса решение проблем прочности, ресурса и трещиностойкости в значительной степени сводится к научно обоснованному определению допустимых расчетных параметров ресурса и удержанию уровней напряжений и деформаций несущих элементов рассматриваемых объектов в допускаемых пределах. Это требование распространяется на основные эксплуатационные расчетные параметры — долговечность по числу циклов и времени, размер дефектов, температуру, скорость деформирования. Соответствующие указанным случаям уравнения состояния, подкрепленные необходимой расчетно-экспериментальной информацией, дают возможность оценить условия достижения предельных состояний рассматриваемых объектов по величинам запасов. На базе описанного подхода рассматривают традиционные методы проектирования, изготовления и эксплуатации оборудования, основанные на детерминированных критериях статической, длительной, циклической, динамической, температурной прочности, на стандартных характеристиках механических свойств конструкционных материалов, анализе номинальных и предельных напряженных состояний несущих конструкций и введении запасов по напряжениям, деформациям и ресурсу. Подчеркнута необходимость перехода в расчетах прочности, ресурса и трещиностойкости к обобщенному анализу критериев разрушения на базе многофакторных расчетных и экспериментальных методов определения запасов. Согласно изложенному, решение фундаментальных задач анализа и обеспечения штатной и нештатной эксплуатации объектов техносферы по предлагаемым подходам базируется на их прямой количественной связи с результатами решения задач построения уравнений состояния, решения краевых задач и формулировки критериев предельных состояний с оценкой запасов прочности, ресурса и трещиностойкости. При этом на базе характеристик механических свойств материалов, входящих в оценки напряженно-деформированных и предельных состояний, строится комплексная и взаимоувязанная система кривых деформирования и кривых разрушения. В качестве основных анализируются линейные (упругие) и нелинейные (упругопластические) подходы для построения расчетных кинетических зависимостей, характеризующих в общем случае процессы образования и развития зон повреждений и разрушений, которые и обусловливают изменение запасов.

1. Махутов Н. А., Фортов В. Е. Машиностроение России: перспективы и риски развития. — М.: Наука, 2017. — 104 с.

2. Махутов Н. А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008. — 528 с.

3. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Развитие фундаментальных и прикладных исследований в области машиноведения на базе критериев прочности, ресурса, живучести и безопасности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 81. № 10. С. 41 – 52. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-10-41-52.

4. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения / Под ред. Н. А. Махутова, Ю. Г. Матвиенко, А. Н. Романова. — М.: ЛЕНАНД, 2018. — 720 с.

5. Махутов Н. А. Безопасность и риски: системные исследования и разработки. — Новосибирск: Наука, 2017. — 724 с.

6. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Фундаментальные исследования проблем безопасной эксплуатации объектов техносферы на базе критериев прочности, ресурса и риска / Проблемы машиностроения и автоматизации. 2018. № 3. С. 7 – 24.

7. Gadenin M. M. Characteristics of mechanical properties of materials in studies of conditions of attainment of marginal stated / Inorganic Materials. 2013. Vol. 49. N 15. P. 1352 – 1356. DOI: 10.1134/S0020168513150053.

8. Морозов Е. М., Зернин М. В. Контактные задачи механики разрушения. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2017. — 544 с.

9. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Анализ предельных состояний и типов аварийных ситуаций в связи с оценкой ресурса безопасной эксплуатации / Проблемы машиностроения и автоматизации. 2019. № 2. С. 4 – 16.

10. ПНАЭ Г-7-002-86. Правила и нормы в атомной энергетике. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 525 с.