Поведение поверхностных дефектов в материалах и элементах конструкций при сложном напряженном состоянии

Осуществлено развитие методов механики деформирования и разрушения для оценки и прогнозирования надежности и долговечности материалов и элементов конструкций с поверхностными дефектами при сложном напряженном состоянии. Проведены численные и экспериментальные исследования. В экспериментальной части проекта определены предельные характеристики статического разрушения и параметры скорости развития поверхностных трещин при простых и комбинированных условиях нагружения для плоских прямоугольных и крестовидных образцов и полых цилиндров из сплавов Д16ЧАТ и В95АТ1. Вариации вида напряженного состояния достигнуты за счет изменения по пропорциональным траекториям статических и циклических осевых усилий, крутящего момента и внутреннего давления в образцах с исходными полуэллиптическими трещинами заданной формы и ориентации. Основной акцент теоретической части проекта связан с введением и обоснованием новой обобщенной характеристики сопротивления статическому и циклическому деформированию и разрушению в форме пластического коэффициента интенсивности напряжений. В расчетной части проекта численно определены упругие и пластические критерии и параметры смешанных форм разрушения вдоль фронта криволинейной полуэллиптической трещины при вариации относительных размеров дефектов и габаритов в полом цилиндре при совместном растяжении, кручении и внутреннем давлении, а также в крестовидных образцах при двухосном нагружении. На основе численных и экспериментальных данных установлены закономерности влияния вида напряженного состояния и формы дефекта на характеристики сопротивления статическому и циклическому разрушению в интерпретации по широкому набору параметров смешанных мод разрушения. К числу определяющих факторов эксплуатации относится сложное напряженное состояние, обусловленное различными сочетаниями силовых факторов (растяжение, сжатие, кручение, изгиб, внутреннее и внешнее давление и т.д.). В механике деформирования и разрушения твердых тел поверхностные дефекты выделены в отдельный класс задач трехмерных решений. Однако известные методы прогнозирования и обеспечения длительной безопасной эксплуатации относятся к упрощенным представлениям, в ряде случаев не обеспечивающих необходимые запасы прочности и долговечности. Известные упругие или упругопластические решения принадлежат идеализированным геометриям и условиям нагружения с ограниченными возможностями практических приложений. Научная новизна проекта состоит в комплексном экспериментальном исследовании и установлении механизмов и закономерностей роста поверхностных дефектов при сложном напряженном состоянии в широком диапазоне температур, разработке и развитии на этой основе параметрических и критериальных представлений с привлечением широкого набора численных расчетов в физически нелинейной постановке. Введен и обоснован новый обобщенный параметр сопротивления деформированию и разрушению в форме пластического коэффициента интенсивности напряжений, учитывающего стеснение во взаимно перпендикулярных направлениях. Экспериментальные и теоретические данные позволяют сформулировать модели скорости развития и остаточной долговечности тел с поверхностными дефектами при сложном напряженном состоянии. Практические приложения состоявшихся разработок оформлены в виде законченных загрузочных модулей для оценки и прогнозирования остаточной прочности и долговечности элементов конструкций с поверхностными дефектами.