Проаналізовано актуальні проблеми забезпечення довговічності авіаційних конструкцій за принипом їх безпечної пошкоджуваності. Розглянуто особливості застосування та фізико-механічні характеристики авіаційних матеріалів (алюмінієвих, титанових, магнієвих сплавів, маловуглецевих, легованих, високоміцних, корозійнотривких сталей), запропоновано засоби їх покращання з урахуванням умов експлуатації. Досліджено вплив робочих середовищ на міцність і довговічність конструкційних матеріалів. Описано процес корозійно-механічного руйнування авіаційних матеріалів, визначено зовнішні фактори, що обумовлюють його виникнення та запропоновано засоби запобігання їх шкідливій дії. Викладено засоби неруйнівного контролю матеріалів та елементів конструкцій, методи розрахунків їх міцності та довговічності з урахуванням основних закономірностей механіки руйнування. Розглянуто сучасні засоби підвищення зносотривкості виробів з титанових сплавів. Визначено принципи проектування й експлуатації літаків, обгрунтовано нові підходи щодо оцінювання залишкового ресурсу авіаційної техніки з урахуванням деградації матеріалів під час тривалої експлуатації. Викладено методику прогнозування довговічності циклічно навантажуваних елементів конструкцій.

Проанализированы актуальные проблемы обеспечения долговечности авиационных конструкций по принципу их безопасной поврежденности. Рассмотрены особенности применения и физико-механические характеристики авиационых материалов (алюминиевых, титановых, магниевых сплавов, малоуглеродных, легированных, высокопрочных, корозийноустойчивых сталей), приведены средства их улучшения с учетом условий эксплуатации. Исследовано влияние рабочих сред на прочность и долговечность конструкционных материалов. Описан процесс корозийно-механического разрушения авиационных материалов, определены внешние факторы, обуславливающие его возникновение и приведены средства предупреждения их вредного воздействия. Приведены средства неразрушающего контроля материалов и элементов конструкций, методы расчета их прочности и долговечности с учетом основных закономерностей механики разрушения. Рассмотрены современные средства повышения износоустойчивости изделий из титановых сплавов. Определены принципы проектирования и эксплуатации самолетов, обоснованы новые подходы к оцениванию остаточного ресурса авиационной техники с учетом деградации материалов при долговечной эксплуатации. Приведена методика прогнозирования долговечности циклично нагружаемых элементов конструкций.

Проведено дослідження впливу спадкових дефектів, сформованих у поверхневому шарі виробів із металів гетерогенної структури, на якість оброблених фінішними методами поверхонь, побудовані на базі комплексного підходу, що спирається на результати детермінованої теорії розвитку дефектів і методи теорії ймовірностей. Оброблюваний шар виробу розглянуто як середовище, ослаблене випадковими дефектами, що не взаємодіють між собою: структурними змінами, тріщинами, включеннями, що визначають параметри яких є випадковими величинами з відомими законами їх ймовірнісного розподілу. Досліджено причини появи структурних змін, тріщиноутворення на оброблюваному поверхневому виробі залежно від різних типів імовірнісного розподілу розмірів: довжини, глибини залягання дефектів, їх орієнтації. З цих позицій розглянуто технологічні можливості їх усунення шляхом визначення галузі поєднань технологічних параметрів, що забезпечують необхідну якість оброблюваних поверхонь. Моделювання термомеханічних процесів в оброблюваної поверхні, що містить спадкові дефекти, проведено на підставі рівнянь термопружності з розривними граничними умовами в місцях їхнього скупчення. В дослідженнях використано апарат крайових задач рівнянь математичної фізики, метод сингулярних інтегральних рівнянь для розв'язку задач механіки руйнування, інтегральні перетворення Фур'є - Лапласа для одержання точних розв'язків, метод побудови розривних функцій. Отримано залежності, що визначають інтенсивність напружень у вершинах спадкових дефектів. Розроблено методику прогнозування характеру тріщиноутворення залежно від імовірнісного розподілу дефектів, значень теплового потоку, що надходить у поверхневий шар виробу, що обробляється. Встановлено, що збільшення однорідності матеріалу призводить до зростання значення теплового потоку, що відповідає фіксованій імовірності руйнування.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.22

Рубрики:

Міцність металів та сплавів

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Численно исследовано влияние контактных условий и зазора между металлическим и композитным слоями на напряженно-деформированное состояние и прочность двухслойного металлокомпозитного цилиндра при внутреннем взрывном нагружении в воздушной среде. Принято, что при отсутствии зазора между металлическим и композитным слоями натяг отсутствует. Задача рассматривалась на основе общих уравнений теорий упругости и пластичности в одномерной постановке (плоское деформированное состояние), позволяющей исключить особенности нагружения и деформирования по длине цилиндра. При отсутствии начального зазора также изучен случай идеального контакта между слоями. Внутренний слой изготовлен из той или иной изотропной упругопластической стали с существенно отличающимся пределом текучести (стали 20 и 40ХНМА), наружный - из упругого вплоть до разрушения цилиндрически транстропного композита с окружным армированием. Динамическая краевая 1D-задача решалась с помощью учебной версии программы LS-DYNA, входящей в состав коммерческого пакета прикладных программ ANSYS. Метод решения - конечноразностный интегро-интерполяционный алгоритм Уилкинса, включенный в данную версию программы. Установлено, что прочность металлокомпозитного цилиндра при внутреннем взрыве определяется прочностью наружного композитного слоя при растяжении в радиальном направлении и нелинейно и немонотонно зависит от начального зазора между слоями. Максимальная прочность реализуется при идеальном или неидеальном с нулевым начальным зазором контакте, минимальная - при начальном зазоре, который равен примерно половине максимального перемещения внутренней стальной оболочки в случае отсутствия наружного композитного слоя. Для изготовления подкрепляющего внутреннего слоя с точки зрения прочности нецелесообразно использовать легированные конструкционные стали с большим пределом текучести, более эффективны стали с невысоким пределом текучести.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223-1

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.22

Рубрики:

Міцність металів та сплавів

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Рентгенографічними дослідженнями встановлено товщину пластично деформованого шару за квазікрихкого руйнування шляхом поширення попередньо створеної втомної тріщини. Зроблено оцінку залишкових напружень другого роду, на основі чого обчислено питому енергію руйнування. Встановлено, що товщина пластично деформованого шару збігається з висотою нерівностей поверхні руйнування.

Приведены результаты исследования и методика обработки спектральных характеристик сигналов акустической эмиссии при испытаниях образцов из стали Ст3сп на четырехточечный изгиб с целью оценки возможности их использования для решения задач диагностики. Выявлены существенные различия в изменениях спектральных характеристик и моментах возникновения сигналов акустической эмиссии при различных стадиях нагружения образцов. Обнаружен упреждающий эффект фиксации дискретных изменений структуры материала методом акустической эмиссии при изгибе.

Рассмотрены высокопроизводительные расчетные алгоритмы для компьютеров гибридной архитектуры для решения задач прогнозирования напряженно-деформированного состояния ответственных сварных конструкций с учетом зарождения и развития докритического разрушения металла по механизму малоцикловой усталости. Предложены алгоритмы применительно к характерным задачам анализа работоспособности сварных трубопроводных элементов с дефектами несплошности металла коррозионной природы.

Представлены результаты экспериментального исследования термоусталостного разрушения корсетных образцов из монокристаллического сплава ЖС32 в широком диапазоне изменения максимальных и минимальных температур цикла при различных кристаллографических ориентациях. На основе данных кристаллографического, фрактографического и конечноэлементного анализа проведена идентификация кристаллографической и некристаллографической мод разрушения монокристаллического сплава. Некристаллографическая мода реализуется при высоких максимальных температурах цикла и в сравнительно узком диапазоне температур. Для нее характерен рост трещин моды I. Кристаллографическая мода реализуется при меньших значениях максимальных температур и широком диапазоне изменения температуры цикла. Для нее характерен рост трещин смешанной моды I - II раскрытия берегов в кристаллографической плоскости {111}. Предложена карта механизмов разрушения в координатах максимальная температура-изменение температуры. Граница между областями допускает аппроксимацию, соответствующую уравнению Аррениуса.

Разработаны конструкция образцов и методики экспериментальной оценки усталостной долговечности многослойных наплавленных образцов при циклическом механическом нагружении. Конструкция образцов имитирует конструкцию реальных наплавленных деталей, что позволяет выполнять сравнительную оценку влияния химического состава основного металла и наплавленных слоев, а также техники и технологии наплавки отдельных валиков или слоев на их усталостную долговечность. Для исследований усталостной долговечности образцов были выбраны соответствующие схемы нагружения, которые с определенными допущениями воспроизводят циклические силовые нагрузки, характерные для реальных деталей: крупномодульных шестерен, нажимных винтов прокатных станов, прокатных валков, роликов МНЛЗ и т. д. Приведены результаты экспериментальных исследований циклической долговечности образцов по предлагаемым методикам. Установлено, что разработанные методики исследований целесообразно использовать для оценки усталостной долговечности различных деталей при выборе материалов, техники и технологии восстановительной или изготовительной многослойной наплавки.

Проаналізовано результати теоретичних досліджень про відповідність числового значення критичної густини внутрішньої енергії значенню ентальпії плавлення та структурно-енергетичну аналогію між процесами механічного руйнування і плавлення. Фізичну картину поширення температурного поля, утвореного у момент зародження дефекту, розглянуто за припущення попередньо бездефектного досліджуваного об'єкта та того, що перерозподіл температури в об'ємі та на поверхні відбувається рівномірно. Здійснено аналітично-числове опрацювання надходження фронту теплової хвилі, яку створює елементарний дефект, який зростає, залежно від глибини його залягання. Отримані результати експериментальних досліджень за допомогою створеної системи контролю дали змогу наблизитись до прогнозування глибини залягання мікродефекту, що виникає внаслідок пластичної деформації. Виконані розрахунки опрацьовано та практично апробовано з розрахунку на подальше використання із системою зовнішнього імпульсного безконтактного контрольованого конвекційного енергетичного збурення.

Проаналізовано результати теоретичних досліджень про відповідність числового значення критичної густини внутрішньої енергії значенню ентальпії плавлення та структурно-енергетичну аналогію між процесами механічного руйнування і плавлення. Фізичну картину поширення температурного поля, утвореного у момент зародження дефекту, розглянуто за припущення попередньо бездефектного досліджуваного об'єкта та того, що перерозподіл температури в об'ємі та на поверхні відбувається рівномірно. Здійснено аналітично-числове опрацювання надходження фронту теплової хвилі, яку створює елементарний дефект, який зростає, залежно від глибини його залягання. Отримані результати експериментальних досліджень за допомогою створеної системи контролю дали змогу наблизитись до прогнозування глибини залягання мікродефекту, що виникає внаслідок пластичної деформації. Виконані розрахунки опрацьовано та практично апробовано з розрахунку на подальше використання із системою зовнішнього імпульсного безконтактного контрольованого конвекційного енергетичного збурення.

Дисертаційна робота присвячена розробці і експериментальному обґрунтуванню методів прогнозування довговічності та граничного стану металевих конструкційних матеріалів внаслідок багатоциклової (класичної) втоми за умов одновісного і двовісного комбінованого статичного та циклічного навантаження. У зв’язку з цим створено комплекс експериментального устаткування для дослідження опору втомі конструкційних матеріалів за умов симетричного і асиметричного навантаження розтягом-стиском, чистого згину з обертанням при розтягу в 39 широкому діапазоні температур, з контролем деформацій циклічної повзучості і кінетики втомного руйнування матеріалів. З його використанням виконано детальне експериментальне дослідження опору втомі вуглецевих, низько-, середньо- і високолегованих сталей, алюмінієвих, титанових сплавів, жароміцних нікелевих сплавів за умов симетричного і асиметричного розтягу-стиску, симетричного циклічного згину з розтягом при нормальній і високій температурах. На основі системного аналізу власних і запозичених результатів досліджень характеристик опору втомі широкого кола конструкційних матеріалів за умов симетричного і асиметричного розтягу-стиску, симетричного і асиметричного згину, симетричного і асиметричного кручення, комбінованого навантаження однорідними і різнорідними статичними і циклічними навантаженнями або різнорідними циклічними навантаженнями при нормальній і високих температурах визначений вплив температури, асиметрії циклу навантаження, двовісності навантаження на опір втомі матеріалів, встановлені характерні закономірності опору втомі у вигляді різних форм кривих втоми з наявністю або відсутністю фізичної межі втоми і діаграм граничних амплітуд напружень, встановлено різноплановий характер залежності циклічної міцності, довговічності і діаграм граничного стану конструкційних матеріалів в двох температурних діапазонах, межею яких є температури, рівні 0,55-0,60 температури їхнього плавлення, встановлені особливості циклічної повзучості при асиметричному навантаженні і високих температурах. Новизна роботи полягає в розробці методів прогнозування довговічності і граничного стану при одновісному асиметричному і двовісному комбінованому навантаженні широкого кола конструкційних матеріалів, які грунтуються на сформульованій гіпотезі існування для кожного матеріалу єдиної діаграми граничного стану в нормованій системі координат, інваріантної щодо числа циклів до руйнування, і на концепції еквівалентних напружень, що дозволяє асиметричні цикли навантаження звести до еквівалентних за числом циклів до руйнування симетричним циклам. Виходячи з гіпотези існування єдиних діаграм граничного стану, вперше побудовані одномірні і двомірні моделі граничного стану при одновісних асиметричних і двовісних симетричних циклах навантаження у формі степеневих трансцендентних функцій, що дозволяють описати будь-який вид граничних діаграм - увігнутих, лінійних, близьких до лінійних або опуклих. Розроблено методику визначення функцій і матеріальних констант моделей на основі стандартних випробувань на короткочасну міцність, втому при симетричному циклі навантаження та одиничному базовому експерименті при віднульовому циклі навантаження. З використанням розроблених моделей вирішені і експериментально апробовані задачі з розрахунку втомної довговічності, граничного стану та фізичної межі втоми циліндричних призматичних і тонкостінних трубчастих зразків з вуглецевих сталей, алюмінієвих і титанових сплавів, теплостійких, жаростійких і жароміцних сталей і сплавів за умов одновісного асиметричного розтягу-стиску, асиметричного циклічного згину, асиметричного циклічного кручення та в умовах двовісного комбінованого синфазного навантаження циклічним розтягом-стиском і циклічним крученням, циклічним згином і циклічним крученням. Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці нового підходу, який базується на експериментально встановлених закономірностях втоми і довговічності конструкційних матеріалів з подальшим числовим оцінюванням впливу напружено-деформованого стану, температури та комбінації напружень на характеристики втоми, довговічність та граничний стан матеріалів; у розробці на основі аналітичної та експериментальної інформації оптимального варіанту моделі граничного стану та втомного руйнування, яка дозволяє при мінімальному обсязі експерименту, мінімальних витратах часу та зусиль з високою точністю розраховувати та прогнозувати граничний стан, довговічність, фізичну межу втоми матеріалів за умов асиметричного одновісного та комбінованого двовісного навантаження. Результати дисертації було використано в роботі ДП „Конструкторське Бюро „Південне” ім. М.К.Янгеля” (акт №1 від 19.12.2016 p., довідка наукового консультанта).

Рентгенографічними дослідженнями встановлено товщину пластично деформованого шару за квазікрихкого руйнування шляхом поширення попередньо створеної втомної тріщини. Зроблено оцінку залишкових напружень другого роду, на основі чого обчислено питому енергію руйнування. Встановлено, що товщина пластично деформованого шару збігається з висотою нерівностей поверхні руйнування.

Представлено наукові засади розробки методології оцінення професійного ризику на механізованих процесах в агропромисловому комплексі (АПК) України, що має бути покладено в основу системи відстеження потенційних небезпек в аграрній галузі на базі ризик-орієнтованого підходу. Показано необхідність урахування наявності експлуатаційних дефектів різного розміру в деталях вузлів тракторів і самохідних сільськогосподарських машин після тривалих термінів експлуатації для одержання ймовірнісних характеристик небезпеки подальшої роботи мобільної сільськогосподарської техніки. Здійснено моделювання травмонебезпечних ситуацій, що виникають під час експлуатації тракторів і самохідних сільськогосподарських машин. Наведено обгрунтування прийнятного (допустимого) рівня ризику використання мобільної сільськогосподарської техніки з експлуатаційними пошкодженнями деталей та елементів конструкцій.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На основі енергетичного підходу розроблені розрахункові моделі для визначення періоду докритичного росту коротких втомних тріщин у пружно-пластичних тілах за дії силових і фізико-хімічних чинників. Результати порівняні з відомими літературними даними.

Проанализированы основные закономерности рассеянного и локализованного усталостного повреждения металлов и сплавов. На основе анализа закономерностей распространения коротких и длинных трещин предложены и обоснованы методы определения критериев перехода от рассеянного к локализованному усталостному повреждению. Один из методов основан на анализе кинетики роста коротких усталостных трещин, оцениваемых либо по зависимости их размера, либо по скорости роста от числа циклов нагружения. За критерии перехода в этом случае принимаются размеры трещин и число цикчов нагружения, соответствующие моменту более интенсивного увеличения скорости роста трещины. При переходе от рассеянного к локализованному усталостному повреждению при напряжениях выше предела выносливости изменяются форма и параметры уравнения, описывающего размер трещины в зависимости от числа циклов нагружения. Другой метод базируется на анализе изменения скорости распространения короткой трещины в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений. В качестве критерия перехода от рассеянного к локализованному усталостному повреждению в данном случае используются размах коэффициента интенсивности напряжений и соответствующий ему размер трещины, при котором коэффициент интенсивности напряжений начинает меняться с увеличенной скоростью. С использованием разработанных методов определены размеры трещин и число цикчов нагружения, соответствующие переходу от рассеянного к локализованному усталостному повреждению углеродистых, легированных, аустенитных сталей и алюминиевого сплава с учетом уровня напряжений и свойств исследованных материалов. Установлено, что размеры усталостных трещин, соответствующие указанному переходу при напряжениях выше предела выносливости, уменьшаются с увеличением напряжений и остаются меньшими, чем размеры трещин на пределе выносливости. Показано, что размеры магистральных трещин коррелируют с величиной предела выносливости исследованных материалов, уменьшаясь с ее повышением.