Исследование обобщенных кривых статического и циклического деформирования, повреждения и разрушения

Отмечено, что материалы на металлической, неметаллической, композитной основе при нагружении статической и циклической нагрузкой обладают индивидуальной диаграммой деформирования, связывающей напряжения и деформации. Эти диаграммы получают при стандартных испытаниях на растяжение, сжатие, кручение или изгиб лабораторных образцов с регистрацией в процессе нагружения усилий и деформаций их рабочих частей. Диаграмма при однократном статическом деформировании в координатах напряжение — деформация в этом случае охватывает как область упругих деформаций, так и участок упругопластического деформирования, когда происходит локализация деформаций в шейке нагружаемого образца вплоть до момента его разрушения при критическом уровне напряжений. Показано, что для описания диаграмм деформирования широко применяют линейную, дробно-линейную и степенную аппроксимации регистрируемой кривой деформирования. Прямые эксперименты, теория дислокаций и статистическая теория прочности подтверждают приоритетную возможность степенной аппроксимации рассматриваемых диаграмм. При этом для всех конструкционных материалов обобщенная диаграмма деформирования в относительных координатах описывается единым степенным уравнением с индивидуальным показателем упрочнения, который определяется экспериментально или расчетом по зависимостям, связывающим данные о модуле упругости материала, его пределах текучести, прочности и предельной пластичности. Диаграммы циклического упругопластического деформирования в виде петель пластического гистерезиса регистрируют по аналогии с диаграммами статического растяжения с осями напряжение — деформация в условных и истинных относительных величинах. Обобщенные диаграммы деформирования при однократном статическом и циклическом нагружениях являются научной основой построения обобщенной кривой усталости на основе деформационного критерия разрушения для широкого диапазона числа циклов до разрушения. Эффективное решение проблем прочности и ресурса для наиболее сложных инженерных объектов типа атомных реакторов, летательных аппаратов и ракетно-космических систем может быть достигнуто путем введения в рассмотрение и соответствующие расчеты обобщенных диаграмм деформирования и разрушения. Их значение будет особенно возрастать при проектировании и реализации новых уникальных наукоемких объектов.

1. Серенсен С. В. Избранные труды в 3-х томах. Том 1. — Прочность материалов и элементов конструкций при статическом нагружении. — 256 с. Том 2. — Усталость материалов и элементов конструкций. — 256 с. Том 3. — Квазистатическое и усталостное разрушение материалов и элементов конструкций. — 232 с. — Киев: Наукова думка, 1985.

2. Сопротивление деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружения / Отв. ред. С. В. Серенсен. — М.: Наука, 1967. — 169 с.

3. Прочность при малом числе циклов нагружения. Вопросы механической усталости / Отв. ред. С. В. Серенсен. — М.: Наука, 1969. — 260 с.

4. Шнейдерович Р. М. Прочность при статическом и повторно-статическом нагружениях. — М.: Машиностроение, 1968. — 343 с.

5. Махутов Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. — М.: Машиностроение, 1981. — 272 с.

6. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. — М.: Машиностроение, 1974. — 444 с.

7. Москвитин В. В. Циклические нагружения элементов конструкций. — М.: Наука, 1981. — 344 с.

8. Гусенков А. П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1979. — 296 с.

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

10. Романов А. Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1988. — 280 с.

11. Прочность при малоцикловом нагружении. Серия монографий из 9 книг / Под ред. С. В. Серенсена, Н. А. Махутова, М. М. Гаденина. — М.: Наука, 1975 – 2006.

12. Миллер К. Ползучесть и разрушение. — М.: Металлургия, 1986. — 120 с.

13. Ботвина Л. Р., Жаркова Н. А., Тютин М. Р. и др. Развитие пластических зон и поврежденности при различных видах нагружения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 5. С. 46 – 55.

14. Казанцев А. Г., Овчинников А. В., Силаев А. А. и др. Анализ напряженного состояния и скорости роста дефектов в осях подвижного состава / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 3. С. 45 – 52.

15. Гаденин М. М. Особенности кинетики диаграмм циклического упругопластического деформирования при наличии в циклах выдержек и наложении на них переменных напряжений / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 12. С. 46 – 53. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-12-46-53

16. Махутов Н. А. Усталость металлов в широком диапазоне числа циклов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. Т. 70. № 4. С. 37 – 41.

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

18. Коссов В. С., Волохов Г. М., Овечников М. Н. и др. Расчетная оценка сопротивления усталости железнодорожного колеса при контактном взаимодействии с рельсом / Вестник машиностроения. 2020. № 10. С. 3 – 8.

19. Прикладные задачи конструкционной прочности и механики разрушения технических систем / Отв. ред. В. В. Москвичев. — Новосибирск: Наука, 2021. — 796 c. DOI: 10.7868/978-5-02-038832-1

20. Проблемы прочности и безопасности водо-водяных энергетических реакторов. — М.: Наука, 2008. — 446 с. (Сер. «Исследования напряжений и прочности ядерных реакторов».)

21. Локальные критерии прочности, ресурса и живучести авиационных конструкций. — Новосибирск: Наука, 2017. — 600 с. (Сер. «Исследования прочности, ресурса и безопасности летательных аппаратов».)

22. Напряженно-деформированные состояния ЖРД. — М.: Наука, 2013. — 646 с. (Сер. «Исследования напряжений и прочности ракетных двигателей».)

23. Программа фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021 – 2030 гг.). Распоряжение Правительства от 31.12.2020 г. № 3684-р. http://static.government.ru/media/files/skzO0DEvyFOIBtXobzPA3zTyC71cRAOi.pdf (дата обращения 25.08.2022)