Механика микро- и макроразрушения металлов, безопасность и долговечность конструкций при простом периодическом нагружении (по материалам докторской диссертации)

В проблеме оценки безопасности эксплуатации конструкций существуют задачи оценки вероятности разрушения (конструкционного риска) конструкций и определения долговечности конструкций с учетом социальных (вероятность поражения человека), промышленных (вероятность поражения других объектов) и экологических (вероятность уничтожения флоры и фауны) рисков при их разрушении.
На стадии проектирования при оценке вероятности разрушения протяженных конструкций (состоящих из большого количества типовых элементов) возникают проблемы оценки вероятности разрушения конструктивных элементов и суммирования этих вероятностей по всем конструктивным элементам. На стадии эксплуатации необходимо оценивать остаточную долговечность конструкций после проведения нормативных диагностик технического состояния их конструктивных элементов.
На основе предлагаемой теории поэтапного накопления усталостных повреждений в конструктивных элементах и алгоритма суммирования их разрушений как независимых случайных событий определяется вероятность разрушения конструкции и долговечность конструкции в предположении, что конструкционный риск не превышает заданного приемлемого значения.
Проанализированы результаты обширного экспериментально-теоретического материала по усталостному разрушению представительного класса металлов и сплавов, накопленные в физике твердого тела и металловедении. На их основе формулируется система гипотез о развитии дефектов в металлах на микро-, мезо- и макроуровнях и строится теория хрупкого усталостного разрушения как поэтапного процесса образования, развития и слияния дефектов типа хрупких микро- и макротрещин.
В общем случае, длина условной трещины является оператором на процессе нагружения; для рассмотренных процессов нагружения и материалов предлагаются конкретные виды зависимостей этой длины от параметров процесса нагружения и времени, где в качестве переменной выбирается наибольшее значение главных напряжений, а базовые функции учитывают отношения главных напряжений на основе экспериментально обоснованных критериев усталостной прочности и свойств материала. Выписываются выражения для функций распределения повреждений.
Построенная теория позволяет при известном физическом состоянии металла определять остаточную долговечность до окончательного разрушения для произвольных простых циклических процессов нагружения. Проведен анализ экспериментальных данных представительного ряда металлов и сплавов для различных простых процессов и подтверждена схема расчета по соотношениям теории.
На основе теории поэтапного накопления повреждений в конструктивных элементах и критериев безопасной эксплуатации протяженных конструкций подготовлен ряд заключений о сроках безопасной эксплуатации и остаточной долговечности участков магистральных продуктопроводов и нормативные документы для проектных организаций ОАО “Газпром”.