CC BY
173
УДК: 699.841 ГРНТИ 67.11.59
ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.7.80.1135 Достанова Сауле Хажигумаровна
д.т.н., Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева, г. Алматы
Токпанова Камиля Еркиновна д.т.н., Университет Туран, г. Алматы Сахи Салех Гулам
магистрант, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева, г. Алматы
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены актуальные проблемы сейсмостойкого строительства и причины их возникновения. Отмечены противоречия и недостатки сейсмической безопасности зданий и сооружений, указаны пути их решения. Большое внимание уделено анализу и совершенствованию норм проектирования, и разработке критериев сейсмостойкого строительства.
ABSTRACT
The article deals with current problems of earthquake-resistant construction and their causes. Contradictions and shortcomings of seismic safety of buildings and structures are noted, and ways to solve them are indicated. Much attention is paid to the analysis and improvement of design standards and the development of criteria for earthquake-resistant construction.
Ключевые слова: сейсмостойкость, сейсмобезопасность, риск землетрясений, теория сейсмостойкости, спектральный метод, сейсмозащита, сейсмоизоляция, нормы проектирования.
Keywords: seismic resistance, seismic safety, earthquake risk, theory of seismic resistance, spectral method, seismic protection, seismic isolation, design standards.
Разрушительные и частые землетрясения во многих частях планеты выдвинули глобальные проблемы сейсмостойкости зданий и сооружений на первый план [1-16]. Последствия землетрясений наносят значительный урон экономике и стабильности стран. Система сейсмобезопасности должна обеспечивать сейсмостойкость существующего фонда зданий, вновь строящихся зданий, находящихся на площадках, сейсмичность которых на последних картах сейсмического районирования повышена на один-два балла, а также давать прогноз поведения зданий и сооружений при землетрясениях различной иненсивности. Но, как показывает практика, здания иногда разрушаются при землетрясениях повышенной интенсивности, несмотря на то, что выполнены по нормам и правилам строительства. Землетрясения последних десятилетий показали, что здания одного типа не обладают достаточной сейсмостойкостью (каркасные здания), а другие (крупнопанельные, монолитные) обладают высокой степенью сейсмостойкости. Расчеты на основе действующих норм не могут объяснить этот факт. Противоречия в теории и практике сейсмостойкого строительства требуют дальнейшего совершенствования принятых моделей поведения зданий и сооружений в процессе землетрясений. Риск появления новых очагов землетрясений высокой интенсивности постоянно возрастает, поэтому вопросы сейсмостойкости зданий являются актуальными и насущными. В настоящее время изменяется сама архитектура и технология строительства: возводятся сложные и выразительные по своей
структуре и объему здания повышенной этажности, массовые зрелищные сооружения с широким использованием новых видов пространственных покрытий, здания и сооружения стратегического назначения и др., которые требуют повышенной сейсмической безопасности. При строительстве современных сейсмобезопасных зданий и сооружений возникают множество проблем, из которых можно выделить следующие:
1. Недостаточная точность и надежность сейсмического прогноза объясняется сложной природой сейсмической деятельности, которая недостаточно исследована, несмотря на значительные достижения мировой и отечественной сейсмологии [2-9]. Поэтому возможны не только землетрясения в пределах интенсивности, прогнозируемой картами Общего сейсмического районирования, но и землетрясений более высокой интенсивности. Это объясняется тем, что сейсмичность является результатом деформации верхней, преимущественно хрупкой части литосферы [1]. Она несет информацию об образовании очага землетрясения как результата движений и деформаций определенного объема литосферы, а также резких подвижек по разрывам в очаговой области. Магнитуда землетрясения при прочих равных условиях пропорциональна скорости деформаций, размерам области накопления напряжений, мощности
деформируемого слоя, размерам структур, глубине очага и некоторым другим параметрам. Важно, что потенциальная магнитуда землетрясений пропорциональна интенсивности тектонического процесса в литосфере. Поэтому зафиксированную
за историческое время максимальную магнитуду землетрясения в определенном районе можно рассматривать в качестве одной из комплексных физических характеристик геодинамики литосферы - как его сейсмический потенциал.
2. Критерии сейсмостойкого строительства. В настоящее время не достаточно глубоко разработаны критерии сейсмостойкого строительства в зависимости от возможных сейсмических воздействий повышенной интенсивности, грунтовых и геологических условий, назначения зданий, необходимой сейсмозащиты, сейсмоизоляции зданий, правовых, юридических норм и др.
В нормах проектирования и оценки сейсмостойкости существующих зданий, при разработке рекомендаций по повышению сейсмостойкости поврежденных при
землетрясении зданий, при анализе эффективности системы сейсмозащиты должны быть четко сформулированы критерии сейсмостойкости [2-5, 10]. .
При формулировке понятия
«Сейсмостойкость» зданий и сооружений необходимо четко указывать те условия и ограничения, при которых достигаются поставленные цели проектирования и строительства, а именно оценка состояния конструкции здания после землетрясения для безопасности людей, дальнейшей эксплуатации и ремонта. Эти цели достигаются только при воздействиях, параметры которых указаны на картах сейсмического районирования и в нормах. В случае, когда воздействия превышают прогнозируемого, цели проектирования сейсмостойких зданий не достигаются. Например, при анализе работы конструкции в упругой стадии деформирования обычно используются силовые критерии в виде наибольших усилий, возникающих в несущих элементах конструкций при сейсмических воздействиях и сравнении их с несущей способностью элемента. В упругопластической стадии деформирования конструкций, при которых происходит перераспределение усилий и изменение прочностных характеристик несущих элементов силовые критерии заменяются деформационными. Важным при проектировании является учет дополнительной сейсмической опасности при землетрясении высокой интенсивности. Методы расчета на сейсмические воздействия должны учитывать оценку критериев сейсмостойкости конструкции, т.е. в результате расчетов должны быть определены деформационные параметры для всех несущих элементов и их соединений и сравнение их с предельно допустимыми значениями.
3. Теория сейсмостойкости зданий и сооружений требует дальнейшего совершенствования, разработки новых моделей и расчетных схем зданий, использования современных компьютерных комплексов [2-17]. Например, принятая расчетная модель зданий в
виде консольного стержня для всех без исключения конструкций, независимо от их размеров является несовершенной. Анализ последствий
разрушительных землетрясений последних десятилетий ставит перед исследователями задачу совершенствования принятых моделей путем введения в расчет новых факторов, влияющих на прочность сооружения. Например,
недооценивается роль перекрытий в повышении сейсмостойкости здания, в то время как картина повреждения зданий указывает на важную роль перекрытий.
В динамических расчетах недостаточно ясна модель, как и какая часть сейсмического воздействия, передается на здание. Указанные в нормах коэффициенты и формулы для их определения не поддаются проверке и уточнению, поэтому противоречат реальному поведению конструкций при землетрясениях. Следующим важным вопросом является то, как это сейсмическое воздействие распространяется по вертикали здания и эти проблемы вносят неопределенность в результаты расчета при проектировании зданий и сооружений.
Наиболее распространенный спектральный метод теории сейсмостойкости основан на рассмотрении стационарности расчетной динамической модели, в то время как сейсмическое воздействие представляет собой нестационарный случайный процесс. Сейсмическое воздействие в спектральном методе представлялось в виде стационарного случайного эргодического процесса с применением корреляционной теории. При этом сейсмические перемещения рассматривались как гармонические колебания, при которых происходят возвратно-поступательные перемещения грунта, изменяющиеся по закону синуса или косинуса. На самом деле землетрясения создают множество хаотичных толчков, т.е. скачкообразных перемещений, которые вызваны происхождением наиболее опасных поверхностных волн сжатия в грунте. Во фронте этих волн скачком появляется скорость перемещения грунта, а за волной она исчезает. Некоторые исследователи утверждают, что попадание собственных колебаний зданий в резонанс с хаотичными толчками весьма маловероятна, тем более при пластических деформациях и начальных разрушениях здание сразу «уходит» от резонанса, но при этом никак не может уйти от опасного разрушающего воздействия волн среза. Поэтому вероятность разрушения от действия инерционных сил близка к нулю. По многочисленным наблюдениям большинство сейсмических разрушений зданий происходит сразу после первых наиболее мощных поперечных толчков. Результатом таких толчков, которые не успевают раскачать здание, т.е. вызвать в нем появление опасных сил инерции, является почти мгновенный срез колонн или стен здания, вследствие чего происходит разрушение здания до попадания его в резонанс. При землетрясениях появлению инерционных сил всегда предшествует появление в вертикальных элементах зданий волн
поперечного сдвига, вызванных горизонтальными толчками, т.е. толчки и сдвиговые волны первичны, а инерционные силы вторичны.
В результате динамического расчета сооружения на действие разрушительного землетрясения необходимо установить
возможность прогрессирующего разрушения или малоцикловой усталости элементов несущих конструкций. Поведение конструкций при нагружении ее за пределом упругости зависит не только от мгновенных значений перемещений и ускорений элементов, но и от всей истории нагружения, а именно от напряженно-деформированного состояния сооружения перед приложением сейсмического воздействия. Все это усложняет прогнозирование поведения конструкции здания и сооружения при разрушительных землетрясениях.
В настоящее время сейсмостойкость зданий и сооружений рассчитывается методом бегущих волн. При этом важно учитывать пространственный нелинейный характер сейсмической реакции сооружения,
деформационные и инерционные свойства грунтов основания, накопление повреждений в узлах и элементах сооружения вследствие деструктивной, усталостной, коррозионной, температурно-влажностной деградации материалов.
Спектральный метод расчета сооружений на сейсмический резонанс представляет частный случай метода бегущих волн, применимый в пределах линейно-упругой реакции системы «сооружение — грунт основания». Технология спектрального метода должна быть основана на применении реальных динамических
характеристик этой системы и очищена от эмпирических коэффициентов, лишенных физического содержания и потому не поддающихся проверке или уточнению экспериментальным путем. В расчетах высотных (более 15 этажей) сооружений на акселерограммы сейсмических воздействий необходимо отказаться от гипотезы мгновенного распространения в сооружении волн напряжений и деформаций и учитывать реальные скорости движения изгибных поперечных волн. Расчет особо ответственных зданий и сооружений в общем случае следует производить методом бегущих волн на индивидуальную искусственную сейсмограмму-эталон. При проектировании особо ответственных зданий и сооружений идентификации подлежит индивидуальная расчетная модель каждого объекта. В качестве основного средства достижения поставленной цели проектирования рекомендуются специальные конструктивные мероприятия, направленные на снижение сейсмической нагрузки на здания и сооружения.
Исходя из изложенных фактов, динамический расчет зданий и сооружений на сейсмические нагрузки требует дальнейших разработок и исследований, согласованных с результатами нормативных расчетов и экспериментальных данных. В связи с этим спектральный метод должен
модифицироваться в соответствии с новыми требованиями прочности и надежности зданий и сооружений.
4. Неучет реального риска землетрясений. Сейсмический риск-это характеристика вероятности социальных и экономических потерь, гибели и травматизма людей и других ущербов на данной территории за единицу времени. Сейсмический риск определяется, с одной стороны, уровнем сейсмической опасности и, с другой стороны, уровнем сейсмостойкости сооружений и населенных пунктов, или уровнем их сейсмической уязвимости [6-16]. Высокий уровень сейсмического риска определяется двумя главными причинами:
причина - высокая сейсмическая уязвимость, т. е. недостаточная сейсмостойкость большинства построенных сооружений; неготовность к землетрясениям большинства населенных пунктов.
причина-недостаточная точность и недостаточная надежность прогноза сейсмической опасности на картах Общего сейсмического районирования, которые являются частью строительных норм. Наиболее катастрофические землетрясения XX века, повлекшие наибольшее количество человеческих потерь и значительный экономический ущерб - это землетрясения интенсивностью более высокой, чем прогнозировалась картами сейсмического зонирования. Поэтому в будущем можно ожидать не только землетрясений в пределах интенсивности, прогнозируемой картами Общего сейсмического районирования, но и землетрясений более высокой интенсивности, т. е. сверхрасчетных сейсмических воздействий на сооружения. Это обстоятельство следует учитывать при разработке программы повышения сейсмической
безопасности. В связи с этим обстоятельством, важнейшей задачей является создание конструктивных решений сооружений и градостроительных решений населенных пунктов высокой сейсмической живучести при расчетных и сверхрасчетных землетрясениях.
Для снижения сейсмического риска необходимо совершенствовать нормы и правила строительства зданий и сооружений в сейсмоопасных районах. Особенно это касается недостаточному учету волновых процессов, и неточное определение влияния грунтов на сейсмические нагрузки, и несоответствие норм для сооружений, которые ведут себя совершенно различно при сильных землетрясениях (например, каркасные и крупнопанельные здания), и неточный учет вертикальной компоненты, и отсутствие упоминаний о современных методах сейсмозащиты, в частности, о сейсмоизоляции и многое другое.
Необходимо разработать основные приоритеты и методы достижения максимального повышения сейсмической безопасности населения и снижения сейсмического риска при минимальных затратах.
5. Недостаточная правовая база. Специалисты едины во мнении, что для создания эффективного механизма совершенствования и развития системы защиты населения и территорий от землетрясений и их последствий в государственных нормативно -правовых актах имеются неправомерные ограничения и противоречия, которые приводят к ослаблению их эффективности [3-6]. Вот некоторые из них: 1. В законах и нормативно-правовых актах такие важные для вопросов обеспечения сейсмобезопасности нормы как «предупреждение возникновения и развития» и «снижение ущерба и потерь» от чрезвычайных ситуаций не имеют разграничений. Это приводит к тому, что государство тратит огромные денежные средства на ликвидацию последствий стихийных бедствий и ограничивает затраты для предотвращения ущерба. 2. Действующим законодательством не предусмотрено
непосредственно в законе разграничение предметов правового регулирования по смежным отношениям. Опыт показывает, что такая ситуация требует разработки дополнительных подзаконных актов, которые в свою очередь, не упрощают, а усугубляют административные барьеры. 3. Не оговорены вопросы разграничения полномочий, предметов ведения и ответственности (правовой, финансовой, ресурсной и пр.) между федеральным центром и региональными органами исполнительной власти и местного самоуправления. В нормативно-правовых актах и документах не сформулированы необходимость определения взаимосвязи между всеми участниками процесса, их права и обязанности. 4. До настоящего времени не разработана система подзаконных (в том числе территориальных) актов, которая могла бы в сейсмических районах определить дифференцированный порядок землепользования, изысканий, проектирования, приемки законченных строительством и последующей эксплуатации зданий и сооружений. 5. В перечнях градостроительной документации не упоминается документация, связанная с оценками сейсмической опасности территорий, оценками рисков и уязвимости существующей застройки. 6. Сужена сфера правового регулирования эксплуатации ранее освоенных территорий. На основании проведенного анализа совершенно очевиден тот факт, что область общественных отношений, связанных с обеспечением сейсмической безопасности, представляет сферу законодательного регулирования, которой, ввиду особой социальной и экономической значимости, государство должно управлять с помощью эффективного использования норм права.
Для устранения указанных причин и усиления безопасности зданий и сооружений необходима новая концепция проектирования сейсмостойких зданий и сооружений и систематический комплексный подход к решению вопроса сейсмостойкости [3-16]. Для этого необходимо выполнения следующих условий:
- необходимо разработать программу повышения сейсмической безопасности зданий и сооружений. Сложность проблемы сейсмостойкого строительства, особенно в сложных грунтовых условиях, усугубляется неопределенностью сейсмических воздействий (по времени и величине), а также недостоверностью нормативной расчетно-теоретической модели, в которой сейсмическая динамика заменена некоторыми статическими нагрузками.
- активно использовать новые разработки и конструктивные решения для снижения сейсмического риска путем создания замкнутых зданий повышенной живучести и применения устройств, снижающих сейсмические воздействия. Максимальное снижение сейсмических воздействий можно осуществить через жесткость, многосвязность пространственного конструктивного решения сплошной пространственной платформы и возводимых на ней сооружений и зданий замкнутого типа (здание совместно с фундаментном представляет собой «замкнутую коробку»).
- организация и проведение в сейсмоактивных районах практических работ по оценке уровня сейсмической опасности и сейсмического риска территорий, обследованию и паспортизации зданий, усилению и реконструкции недостаточно сейсмостойких зданий.
- развитие и совершенствование комплекса научно-методических исследований, технических и технологических разработок и системы нормативно-правовых документов. Приоритетные направления программных мероприятий -всемерное обеспечение сейсмостойкости эксплуатируемых зданий и сооружений различного назначения, реализация и внедрение в практику современных методов и средств обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений, дальнейшее развитие научной методологии и современных технологий в строительстве и эксплуатации сооружений.
- для уменьшения риска и опасности землетрясения необходимо устранить следующие моменты:
несоответствие нормативной теории спектрального метода расчета реальной физической природе сейсмического воздействия (неучет первого толчка и т. д.); разрыв между геодинамической информацией в баллах и ее воспроизведением и использованием в строительном проектировании;
пренебрежение характеристиками реальных фундаментов, которые существенно влияют на сейсмостойкость верхнего строения, отсутствие разработок сейсмостойких фундаментов; практическое отсутствие разработок по применению внешних сейсмозащитных устройств и систем автоматического управления сейсмобезопасностью зданий (сооружений) и др., неучет энергии толчка, который является определяющим фактором; недостаточность развития и использования внешних устройств
сейсмозащиты, способных снизить передачу энергии толчка, в частности устройства скользящего слоя между основанием и плитным фундаментом; необходимость совершенствования методов микросейсморайонирования; постоянный мониторинг технического состояния конструкций современных высотных зданий и сооружений особого назначения.
- несущие конструкции зданий и сооружений должны обладать запасом сейсмостойкости, достаточным для неоднократного восприятия расчетной сейсмической нагрузки без существенных повреждений;
- несущие конструкции зданий и сооружений должны обладать запасом сейсмостойкости, достаточным для однократного восприятия сейсмической на- грузки, превышающей расчетную на один балл, без обрушивания сооружения в целом или его отдельных частей;
- инженерные коммуникации должны обладать такой же сейсмостойкостью, как здания и сооружения. Для достижения поставленной цели расчет сооружений и коммуникаций на сейсмическую нагрузку, соответствующую сейсмичности площадки, должен проводиться по второму предельному состоянию; расчет на нагрузку, превышающую сейсмичность площадки на один балл, — по первому предельному состоянию.
- при проектировании особо ответственных зданий и сооружений несущие конструкции должны быть рассчитаны по второму предельному состоянию на нагрузки, превышающие расчетную сейсмичность площадки на один балл, и по первому предельному состоянию — на нагрузки, превышающие расчетную сейсмичность площадки на два балла.
- наиболее универсальное и эффективное средство снижения сейсмической нагрузки — сейсмоизоляция — позволяет достичь этой цели и обеспечить относительно небольшую стоимость сейсмостойкого строительства. Применение сейсмоизоляции позволяет внести в сейсмостойкое строительство большее разнообразие архитектурных форм и размеров, в частности увеличить строительство зданий с несимметричными конструктивными схемами, расширить применение кирпичной и каменной кладки. Второе направление для снижения сейсмической нагрузки является применение демпфирования (гашения колебаний). Для высотного строительства используется следующее сочетание: сейсмоизоляцию располагают в нижнем этаже, а по высоте здания устанавливают демпфирование.
- конструктивная схема сооружения должна обеспечить статическую неопределимость внутренних сейсмических сил в основных несущих конструкциях. Для сейсмостойкого строительства неприемлема конструктивная схема сооружения с основными статически определимыми несущими связями, не обладающая в предельном состоянии
способностью к перераспределению внутренних сил в другие - «лишние» связи.
Список литературы:
Логачев Н.А., Шерман С.И., Леви К.Г. Геодинамическая активность литосферы, ее интегральная оценка и связь с сейсмичностью // Современная тектоническая активность Земли и сейсмичность. М.: Наука, 1987. - С. 97-108.
Джинчвелашвили Г.А., Колесников А.В. Расчёт каркасных зданий на сейсмические воздействия с учетом развития неупругих деформаций// исследования по теории сооружений. Вестник ЦНИИСК им Кучеренко, №1 (XXVI). М., 2009.- С. 194-200.
Конструктивная сейсмобезопасность зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях : препринт / под ред. Н.П. Абовского - Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2009. -. 186 с.
Абовский, Н. П. Активное формообразование архитектурностроительных конструкций зданий и сооружений из унифицированных строительных элементов для строительства в особых грунтовых условиях и сейсмических районах: научное издание /КрасГАСА, Красноярск, 2004. - 241 с.
Абовский, Н. П. Пространственные фундаментные платформы: сборник научных работ.- Красноярск: КрасГАСА.2006. - 187 с.
Шабданов М.Д., Турганбаев О.М. Актуальные проблемы современного сейсмостойкого строительства высотных зданий в Кыргызской республике. Вестник КГУСТА, №3. -Бишкек, 2014.- С 50-55.
Хусомиддинов С.С. Актуальные проблемы современной сейсмологии.- Ташкент, 2016. -209 с.
Саркисов Д.Ю. Сейсмостойкость зданий и сооружений. Томск: Изд. ТГСУ, 2015.- 156 с.
Немчинов Ю.И. Сейсмостойкость зданий и сооружений. НИИСК Минрегионстрой Украины— Киев, 2008.- 480 с.
Мкртычев О.В., Джинчвелашвили Г.А. Проблемы учета нелинейностей в теории сейсмостойкости (гипотезы и заблуждения) -Москва, МГСУ, 2012.- 192с.
Егупов В.К. и др. Практические методы расчета зданий на сейсмостойкость. Киев: Будiвельник, 1982.- 144с.
Абаканов Т., Садыров Р.К., Абаканов А.Т., Алмабекова С.М., Шайдулла М. Учебное пособие по расчету каркасных систем на сейсмические воздействия.- Алматы: КазГАСА, 2019. - 150 с.
Чигринская Л.С. Сейсмостойкость зданий и сооружений. Учебное пособие.-Ангарск, АГТА, 2009.-107с.
Рашидов Т.Р., Сибукаев Ш.М. Сравнительный анализ моделей взаимодействия подземных сооружений с окружающим грунтом при сейсмических воздействиях. Ин-т механики и сейсмостойкости сооружений АН Руз. -Ташкент, 2011.- С.1-3.
Апсеметов М.Ч., Жунусов Т.Ж. Основные направления сейсмозащиты Вестник КРСУ, том 17, №8. Бишкек 2017.- С. 90-92.
Жунусов Т.Ж. Основы сейсмостокого Кусаинов А.А., Достанова С.Х., Полякова
строительства. Учебное пособие.-Алма-Ата, Рауан, И.М. Динамика и устойчивость сооружений. 1990.-270 с. Учебное пособие. - Алматы, 2016.- 265 с
ФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ УРОВНЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.7.80.1144 Шабуневич Виктор Иванович
Канд. техн. наук, вед. научн. сотрудник ВНИКТИ,
г. Коломна
Шабуневич Андрей Викторович
Инд. предприниматель, г. Жуковский
АННОТАЦИЯ
С помощью гармонического анализа разномасштабных конечно-элементных моделей кубических ячеек представлено физическое обоснование структурных уровней деформации твердых тел, заключающееся в том, что с уменьшением ячеек от макроскопического до мезостатического уровня деформирования число резонансных пиков параметров деформирования в сравнимых масштабных диапазонах частот уменьшается от семи-восьми до двух-трех и далее при переходе к микромасштабному уровню подобное изменение еще раз повторяется.
ABSTRACT
With the help of harmonic analysis of different-scale finite element models of cubic cells, a physical substantiation of the structural levels of deformation of solids is presented, which consists in the fact that with a decrease in the cells from the macroscopic to the mesostatic level of deformation, the number of resonance peaks of the deformation parameters in comparable scale frequency ranges decreases from seven or eight to two or three and further, during the transition to the microscale level, such a change is repeated again.
Ключевые слова: конечно-элементные модели, гармонический анализ, резонансные пики
Keywords: finite element models, harmonic analysis, resonance peaks
Проблемы пластической деформации и разрушения твердых тел до середины XX столетия рассматривались исключительно на основе феноменологических подходов механики сплошной среды. Они позволяли успешно решать широкий круг инженерных задач на макромасштабном уровне. Однако для понимания механизмов пластической деформации и разрушения необходимы были физические подходы на микромасштабном уровне. Такой прорыв физиков в микромир деформируемого твердого тела произошел в пятидесятые годы XX столетия, когда для исследования тонкой структуры кристаллов была использована электронная микроскопия. Последующие полвека физика пластичности и прочности переживала бум, связанный с интенсивным изучением закономерностей возникновения, движения и самоорганизации основного типа деформационных дефектов — дислокаций. Современная теория дислокаций в кристаллах позволяет качественно объяснить многие закономерности поведения твердых тел в различных условиях нагружения. И первое время казалось, что достаточно преодолеть чисто математические трудности описания сложного поведения дислокационных ансамблей на микроуровне, чтобы теоретически рассчитать макроскопические характеристики
деформируемого твердого тела. Однако рассчитать кривую «напряжение - деформация» на основе только микроскопических представлений теории дислокаций не удалось до сих пор. Все попытки прямого перехода от микроподходов физики к макроподходам механики оказались
безуспешными. В последние два десятилетия стало ясно, что подобные попытки в принципе обречены на неудачу.
Нужно было искать нетрадиционный подход. Он формировался продолжительное время на основе накопления экспериментальных данных, которые не укладывались в общепринятые представления. Назревала необходимость рассмотрения процессов, развивающихся в деформируемом твердом теле на промежуточном между микро- и макромасштабном уровнями, так называемом мезоскопическом масштабном уровне. Однако это было осознано не сразу. Первым проявлением мезоскопических эффектов в коллективном поведении дислокационных ансамблей было обнаружение ячеистых дислокационных структур. Разориентация между ячейками непрерывно возрастала в ходе деформации, что свидетельствовало об их движении как самостоятельных мезообъемов по схеме «сдвиг + поворот». В деформируемом материале на мезомасштабном уровне формировалась диссипативная структура, которая играла сугубо функциональную роль, обеспечивая вихревой характер пластического течения. Но в рамках силовых моделей теории дислокаций ячеистая дислокационная структура долгое время интерпретировалась только как «субструктурное упрочнение».
Важный этап в формировании мезоскопического подхода связан с систематическими исследованиями
закономерностей фрагментации среды. Для описания фрагментации был привлечен аппарат
