CC BY
1
УДК 539.893; 539.38
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-673-674
СОВРЕМЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
С.В. Сериков, И.К. Устинов, Е.И. Устинов
Приведены общие исследования по оценки металлов при динамических нагрузках. Приведены новые требования по ударной вязкости, где величина Ак строго регламентируется геометрией образца и конфигурацией "надреза" в образцах. Сформулировано математическая модель исследование конструкций из специальных и титановых сплавов под действием реальных нагрузок.
Ключевые слова: ударная вязкость металлов, деформация, надежность, модель вязкопластичной среды.
В настоящее время в конструкциях бронезащиты стали все чаще применять материалы из титановых и специальных сплавов [1,2], которые в свою очередь требуют повышенные технические методы контроля по оценки трещиностойкости и ударной вязкости [3,4,5].
На протяжении многих лет отечественные и зарубежные стандарты для оцен-киповедения металлов при динамических нагрузках вводят требования по ударной вязкости, где величина Ак строго регламентируется геометрией образца и конфигурацией «надреза» в образце Шарпи, Менаже, Изода [6]. При этом по результатам испытаний относительно величины ударной вязкости Ак делаются обобщения по трещиностойко-сти металлов, поведения их при ударном разрушении, а также оцениваются нормы хла-достойкости. В ряде работ, с целью прогнозирования стойкости металла газопроводных труб большого диаметра к трещиностойкости, вводятся в рассмотрение новые характеристики металла: статическая линейная вязкость, статическая концентрированная вязкость, ударная линейная вязкость.
Необходимо на сегодня констатировать, что в отечественной и мировой практике, обоснование прочности и эксплуатационной надежности металлов при различных нагрузках, основывается на использовании линейной упругой механики разрушения. В частности, определение ударной вязкости металлов Ак по определению, обоснован на фундаменте малых деформаций (8550,01), что для пластичных металлов не приемлемо. При этом, параметр Ак выражает скорее методологическую характеристику системы «образец-надрез-копер», чем характеристику металла. Это подтверждается и большим разбросом экспериментальных данных.
Ресурсосберегающая стратегия по разработке новых материалов для различных отраслей промышленности, а также изготовление из них конструкций, является важнейшим направлением в механике разрушения. На основе расчетно-экспериментальных
•методов разрабатывается
утверждается нормативно-техническая документация, для обоснования выбора материала корпусов реакторов, котлов и трубопроводов во всех многообразных их применения. При этом в случае оценки эксплуатационной надежности корпуса реактора АЭС, необходимо учитывать ко всему прочему и изменения напряженно-деформированное состояние сварной конструкции от воздействия радиационного фона. В итоге, с целью приближения к адекватному описанию процесса разрушения конкретной конструкции, разрабатываются научными коллективами все более сложные расчетные схемы, которые основываются на гипотезах, в ряде случаях далеких от реальной физики процесса, что только увеличивает неопределенность в нормативной документации.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 8
Известно, что для металлов наиболее близка, с точки зрения физики материала, модель вязкопластической среды, где свойства материала характеризуются следующими параметрами (бо2, 85, н, £), где и- коэффициент динамической вязкости, ¿ - скорость деформации. Величина и отражает количественную характеристику внутреннего трения материала при заданной скорости деформаций и температуры испытаний.
Добавляя к рассматриваемой модели вязкопластической среды, энергетический критерий разрушения, получим замкнутую систему уравнений, которая позволяет прогнозировать деформирование металлических изделий вплоть до разрушения. Здесь появляется еще один параметр характеристики материала эффективная энергия динамического разрушения, размерность которого совпадает с размерностью параметра ударной вязкости Ак но имеет принципиально другой физический смысл и не связан, например, с конфигурацией «надреза» в образце.
Таким образом, в дальнейшем предлагается при исследовании конструкций из металла под действием реальных нагрузок и скоростей деформаций вплоть до разрушения, основываться на параметрах. При этом оценка трещиностойкости и эксплуатационной надежности металлов, находящиеся под действием конкретных нагрузок определяется на основе одноосного растяжения до разрушения стандартных образцов [7,8], без надреза. Что в конечном итоге способствует снижению затрат по изготовлению конструкции бронезащиты из специальных титановых сплавов и специальных материалов от средств локального поражения [9].
Получен принципиально другой физический смысл, который не связан с конфигурацией надреза в образце, что позволяет исключить метод испытания образцов с надрезом типа: Шарли, Менаже, Зода.
Список литературы
1. Устинов И.К., Загоруйко А.И. Патент на промышленный образец 123446, 18.01.2021. Заявка №2020502570 от 03.06.2020.
2. Устинов И.К., Загоруйко А.И., Евстегнеев А.Р. Патент на изобретение. 2733184 С1, 29.09.2020. Заявка №2020106723 от 13.02.2020.
3. Альтшулер Л.В., Баканова А.А., Трунин Р.Ф. Ударные адиабаты и нулевые изотермы семи материалов при высоких давлениях // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1962, Т.42. Nol. C.91-104.
4. Устинов И.К., Первухин Л.Б., Сериков С.В., Чуркин О.Д. Определение динамической вязкости металлов при ударном сжатии // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. N°52. C. 184-200.
5. С.Г. Андреев, А.В. Бабкин, Ф.А. Баум и др.; под ред. Л.П. Орленко. Физика взрыва / 3. изд., доп. и перераб. М.: Физматлит, 2002. Т. 1. 823 с.
6. ГОСТ 9454-78. Металлы. Методы испытания на ударной изгиб. М., 1978.
7. ГОСТ 1497-77. Металлы. Методы испытания на растяжение. М., 1977.
8. ГОСТ 10006-80. Трубы металлические. Метод испытаний. М., 1980.
9. Сериков С.В., Устинов И.К., Коржавый А.П, Защита объекта от локального поражения и разрушения. Наукоемкие технологии. 2021. Т. 22. №4. С. 12-15.
Сериков Сергей Владимирович, д-р техн. наук, профессор, генеральный дирек-тoр, suraltd 1992@gmail.ru, Россия, Щелково, ООО «Сура»,
Устинов Игорь Кириллович, канд. техн. наук, доцент, ustinovik@bmstu.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Устинов Егор Игоревич, студент, Ustinovegor. igorevich@,gmail. com Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
674
MODERN RESEARCH ON THE ASSESSMENT OF CRACK RESISTANCE AND OPERATIONAL RELIABILITY OF STRUCTURES MADE OF SPECIAL STEELS
AND TITANIUM ALLOYS
S.V. Serikov, I.K. Ustinov, E.I. Ustinov
General studies on the evaluation of metals under dynamic loads are given. New requirements for impact strength are given, where the value Ak strictly regulated by the geometry of the sample and the configuration of the "notch" in the samples. A mathematical model is formulated for the study of structures made of special and titanium alloys under the action of real loads.
Key words: impact strength of metals, deformation, reliability, model of a visco-plastic medium.
Serikov Sergej Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, general manager, suraltd1992@gmail.ru, Russia, Shchelkovo, LTD, «Cypa»,
Ustinov Igor Kirillovich, candidate of technical sciences, docent, ustinovigor-kir@,vandex.ru, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Moscow State Technical University named after N.E. Bauman (Na-tional Research University),
Ustinov Egor Igorevich, student, Ustinovegor. igorevich@,gmail. com, Russia, Kaluga, Kaluga branch of the Moscow State Technical University named after N.E. Bauman (National Research University)
УДК 621.8.036
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-675-676
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ КРАНОВЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ПО КРИТЕРИЮ «СИГНАЛ - ШУМ»
С.А. Мотевич
В настоящее время существует большое количество методов и средств диагностирования металлоконструкций. Эти методы используют различные физические принципы обнаружения и оценки накопленных повреждений. Однако необходимо понимать и оценивать их эффективность для выявления тех или иных дефектов. В статье предлагается подход, основанный на оценке эффективности по критерию сигнал-шум.
Ключевые слова: усталость, циклические нагрузки, поврежденность, разрушение, сигнал-шум.
Большое количество методов и средств диагностирования подразумевает грамотное обоснование их применения. Причем это обоснование можно сделать на основе различных подходов, начиная от субъективного (имеется грамотный специалист владеющий одним или несколькими методами) и заканчивая математически обоснованными критериями, основанными на расчетах средних рисков потерь, отношения сигнал-шум, экономической эффективности [1].
В данной статье рассмотрим расчетный метод, основанный на исследовании соотношения сигнал-шум.
Задача приема и обработки сигналов в условиях воздействия внешних шумов является известной и широко изучена в радио- и приборостроении [2]. Рассматривая методы диагностики, можно отметить, что для каждого из них можно также выделить
675
