На підставі аналізу експериментальних даних малоциклової втоми за одновісного та двовісного (непропорційного) деформування широкого класу металевих матеріалів запропоновано інженерний підхід до оцінки довговічності. Підхід базується на кореляційній лінійній залежності між наведеним розмахом деформацій і числом циклів до початку руйнування. Зазначений деформаційний параметр враховує орієнтацію траєкторії циклу в просторі деформацій та ступінь її непропорційності. Використання деформаційного параметра як критеріального дозволило отримати задовільні результати під час прогнозування довговічності.

Для опису напружено-деформованого стану при асиметричному контрольованому по напруженнях навантажуванні розроблена версія ендохронної теорії пластичності. Запропоновано нове правило кінематичного зміцнення для врахування одностороннього накопичення пластичних деформацій. Достовірність моделі підтверджується хорошою відповідністю між розрахунковими даними та відомою експериментальною залежністю максимальної деформації від числа циклів при одновісній циклічній повзучості.

Проаналізовано ефективність прогнозування деформаційного зміцнення металевих матеріалів у разі малоциклової втоми за умов непропорційного двовісного деформування. Визначальним параметром може бути коефіцієнт непропорційності циклу, що характеризує геометрію циклу деформування. Проведено порівняльний аналіз ефективності застосування в розрахунковій практиці найбільш відомих коефіцієнтів непропорційності для визначення рівнів додаткового зміцнення матеріалу в стані стабілізації його циклічних властивостей.

Проаналізовано дані циклічного деформування матеріалів із різними циклічними властивостями. Встановлено залежність між рівнем додаткового деформаційного зміцнення та механічними характеристиками матеріалу. Запропоновано моделі для врахування впливу виду напруженого стану на деформаційне зміцнення та довговічність за непропорційного циклічного деформування. Моделі побудовано на основі аналізу експериментальних даних циклічного деформування нержавіючої сталі 304. Прогнозування деформаційного зміцнення та довговічності здійснюється за окремого розгляду впливу форми циклу та виду напруженого стану. Для врахування впливу форми циклу використано коефіцієнт непропорційності циклу та параметр чутливості до непропорційності, для врахування виду напруженого стану - коефіцієнт виду напруженого стану і відповідний йому параметр чутливості до виду напруженого стану. Результати прогнозування за феноменологічними моделями деформаційного зміцнення та довговічності свідчать про їх достатню ефективність.

Досліджено можливість підняття робочого тиску на магістральному аміакопроводі у зв'язку з необхідністю збільшення його пропускної спроможності. Проаналізовано статистичні дані параметрів експлуатації, побудовано тренди зміни цих параметрів у часі для визначення основних тенденцій у майбутньому. Виконано гідравлічні розрахунки з визначення внутрішнього тиску по трасі трубопроводу з урахуванням реальних коефіцієнтів гідравлічного опору та профілю аміакопроводу. Проведено імовірнісний аналіз безпеки експлуатації аміакопроводу з постульованими експлуатаційними дефектами, здійснено оцінку поточного технічного стану та його зміни у майбутньому шляхом порівняння значень імовірностей руйнування. Запропоновано конкретні технічні та організаційні заходи для безпечної експлуатації аміакопроводу з підвищеним тиском.

За результатами аналізу діаграм деформування металічних матеріалів за статичного та циклічного деформування запропоновано наближений метод визначення максимальних рівнів деформаційного зміцнення (ДЗ) у разі непропорційного малоциклового навантажування (НПМЦН) з контролем за деформацією. На підставі кореляції між даними ДЗ, визначеного зі статичної діаграми та циклічних діаграм у випадку пропорційного та непропорційного деформування, побудовано наближену аналітичну залежність, що дозволяє прогнозувати максимальні рівні ДЗ у разі НПМЦН.

Із метою розробки адекватних моделей для розрахунку довговічності проаналізовано наведені в літературних джерелах експериментальні дані щодо малоциклової втоми сталі 304 та титанового сплаву ВТ9 під час деформування за складними історіями навантаження, що являють собою у просторі повних деформацій послідовність блоків різних за формою циклів. За базові використано 4 моделі накопичування пошкоджень та деформаційний критерій малоциклової втоми. Виконано порівняльний аналіз моделей прогнозування довговічності. Показано, що застосування удосконаленого нелінійного правила накопичування пошкоджень дозволяє покращити результати прогнозування довговічності, причому у більшій мірі для програм, що включають непропорційні цикли.

Розглянуто взаємозв'язок між нормами на проектування і документами для аналізу відповідності за призначенням трубопровідних конструкцій, а також суть існуючих в західних країнах норм категоризації напружень. Зазначено необхідність введення подібних процедур у вітчизняні документи. На прикладі дефектів форми трубопроводів (вм'ятини, осьові неспіввісності труб) показано можливість застосування категоризації напружень для визначення допустимих станів. Запропоновано існуючу практику застосування деформаційних критеріїв в трубопровідних стандартах, що дає значні резерви збільшення несучої здатності трубопроводів. На прикладі труби зі зварним з'єднанням розглянуто можливі проблеми, пов'язані з накопиченням значних деформацій.

Розроблено методику розрахунку напруженого стану та критерії допустимого стану під час ремонту повітряних переходів магістральних газопроводів із урахуванням можливих дефектів металу труби. За допомогою програмного комплексу "3D PipeMaster" розраховано різні варіанти та наведено рекомендації щодо оптимального розташування трубоукладачів із метою забезпечення підйому труби на необхідну для ремонту висоту за гарантованого виконання умов міцності. Визначено значення тягових зусиль на трубоукладачах. Указано оптимальні місця закріплення трубопроводу в поперечному напрямку та розраховано відповідні зусилля в тросах, що запобігають поперечним переміщенням трубопроводу.

Розглянуто відомі підходи, нормативні документи щодо оцінки дефектів магістральних трубопроводів і проаналізовано переваги та недоліки вітчизняних трубопровідних норм. Представлено основні положення нового нормативного документа, який регламентує оцінку міцності та залишкового ресурсу трубопроводів із експлуатаційними дефектами.

Встановлено деформаційний критерій втомного руйнування металевих матеріалів за циклічного навантаження за складного напруженого стану. Розроблено феноменологічну модель для визначення максимальних рівнів додаткового деформаційного зміцнення у разі непропорційного двовісного навантаження, в якій передбачено контроль за деформаціями з урахуванням механічних властивостей матеріалу за статичного навантаження. Показано, що дана модель дозволяє визначати схильність матеріалів до додаткового зміцнення. Розроблено метод опису циклічних діаграм деформування Морроу з використанням статичної діаграми деформування матеріалів та одного базового експерименту за одновісного циклічного навантаження на обмеженій базі циклів. Визначено оптимальний параметр непропорційності циклу, що дозволяє виконувати прогнозування деформаційного зміцнення матеріалів для довільних режимів багатовісного циклічного навантаження. Одержано замкнену систему рівнянь циклічної пластичності у межах визначальних співвідношень ендохронної теорії пластичності для опису кінетики напружено-деформованого стану за регулярних та нерегулярних (блочних) режимів складного циклічного навантаження. Достовірність запропонованих моделей і критеріїв підтверджено їх адекватною відповідністю експериментальним даним незалежних вітчизняних та зарубіжних учених і продемонстровано на прикладі розрахунку довговічності реального конструктивного елемента.

Наведено результати числового моделювання ефекту циклічної повзучості (ратчетингу) за різних програм контрольованого за напруженнями одновісного асиметричного навантаження двох металевих матеріалів, що мають різні циклічні властивості. Запропоновано удосконалення правила кінематичного зміцнення в моделі циклічної пластичності на основі визначальних рівнянь ендохронної теорії пластичності. Показано, що модель дозволяє із задовільною точністю описувати кінетику напружено-деформованого стану зразків за їх малоциклового асиметричного навантаження на основі мінімальної кількості базових експериментів.

Досліджено механічну поведінку вуглецевої стали 20 при асиметричному пропорційному навантаженні в умовах плоского напруженого стану, який реалізується у тонкостінному зразку за розтягу-стиску та знакозмінного кручення. Асиметричне циклічне навантаження зразків проводилось із контролем по напруженнях за трьома траєкторіями з частотою 0,1 Гц на базі до 1200 цикл. Одержано діаграми деформування зразків при циклічному навантаженні за розтягу-стиску, знакозмінного кручення та пропорційного навантаження. Побудовано криві еквівалентних за Мізесом деформацій ратчетингу. Показано, що найбільша швидкість ратчетингу реалізується при навантаженні розтягом-стиском.

Розроблено версію ендохронної теорії пластичності для описання напружено-деформованого стану при асиметричному циклічному двовісному непропорційному навантаженні з контролем за напруженнями. Для розв'язання отриманої нелінійної системи диференціальних рівнянь запропоновано чисельну процедуру і розроблено відповідну обчислювальну програму. Достовірність моделі підтверджується задовільною відповідністю між розрахунковими та відомими експериментальними даними.

Запропоновано підхід до визначення усталеної швидкості деформацій ратчетингу за двовісного навантаження залежно від форми геометрії циклу навантаження. На основі аналізу даних, наведених у літературних джерелах, мікроструктурних досліджень і виявленої подібності мікроструктурних утворень після деформування матеріалу за жорсткого і м'якого режимів навантажень для прогнозування швидкості ратчетингу запропоновано використовувати параметр непропорційності циклу. Показано, що за допомогою геометричних параметрів циклу та простих базових експериментів можна задовільно прогнозувати швидкість ратчетингу для складних циклічних траєкторій.

Для опису ефекту ратчетингу, або циклічної повзучості металічних матеріалів за складного непропорційного навантаження з контролем за напруженнями запропоновано метод конкретизацїї параметрів експоненціальних ядер спадкової функції ендохронної теорії пластичності. Суть методу полягає у використанні залежності різниці модулів пластичності від швидкості ратчетингу на усталеній ділянці кривої циклічного деформування. Модулі пластичності визначаються в точках дії максимальних напружень у різних півциклах асиметричного навантаження. Вважається, чим більшою є різниця між модулями пластичності в напрямку дії середнього напруження циклу, тим більшим є приріст деформацій на кожному циклі навантаження. Для визначення швидкості накогромадження пластичних деформацій на усталеній стадії деформування за двовісного навантаження використано положення запропонованого раніше авторами підходу, який базується на даних одновісних експериментів за циклічного асиметричного навантаження розтягненням-стисненням і знакозмінним крученням та відомому значенні параметра непропорційності циклу. Підхід розроблено для аналізу циклічних траєкторій навантаження з однаковими за Мізесом значеннями середніх і амплітудних напружень. На основі певних спрощень запропоновано вираз для визначення параметрів експоненціальних ядер спадкової функції залежно від геометрії циклічної траєкторії та відомої швидкості ратчетингу для базової траєкторії. За допомогою більш простої білінійної моделі пружно-пластичного деформування одержано аналогічні значення параметрів експоненціальних ядер спадкової функції на основі величин різниці між модулямі пластичності, які використано для моделювання ефекту ратчетингу за одно- і двовісного циклічного навантаження. Програми навантаження і дані експериментів запозичено з літературних джерел. Результати моделювання свідчать, що одержані за запропонованим методом параметри визначальних рівнянь циклічної пластичності надають змогу задовільно стасувати кінетику напружено-деформованого стану металічних матеріалів під час циклічної повзучості за двовісного непропорційного навантаження.