Разработка научных основ методов повышения надежности и ресурса машин и конструкций и технологий создания новых материалов для экстремального климата Арктической зоны Российской Федерации, включая хладостойкие стали и сплавы с субмикроструктурой, их неразъёмные соединения, с учетом фазовых переходов на основе методов многоуровневого моделирования

Отчет 118 с., 75 рис., 11 табл., 143 источника СИСТЕМНО-СТРУКТУРНЫЙ ПОДХОД, МНОГОУРОВНЕВОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРОЧНОСТЬ, ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ, БЕТОН, ЛЁД, НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ, ХЛАДОСТОЙКОСТЬ, УДАРНЫЙ ИЗГИБ, МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД, НАЛЕДИ, ПОРОВАЯ ВЛАГА, ТЕПЛОВЛАГОПЕРЕНОС, РЕАКЦИЯ ГРУНТ Объект исследования – материалы и элементы конструкций из металла, а также из композиционного материала на основе льда, их прочность, надежность, безопасность, целостность и ресурс при эксплуатации в экстремальных условиях Севера и Арктики. Целью исследований является разработка научных основ методов повышения надежности и ресурса машин и конструкций, технологий создания новых материалов, включая хладостойкие стали и сплавы с субмикроструктурой, предназначенные для экстремального климата арктической зоны Российской Федерации, с учетом возможных фазовых переходов, на основе методов многомасштабного численного моделирования. Методология работы. Обзор ведущихся в мире исследований по направлению НИР, теоретический анализ происходящих процессов накопления повреждений и разрушения с учётом фазовых переходов в материалах, обоснование системно-структурного подхода при теоретическом, расчетном и физическом моделировании, натурные и лабораторные испытания, эксперимент на различных структурных уровнях, металлография, разработка технологий получения новых упрочненных материалов, канальное угловое прессование, профилометрия, оптическая и электронная микроскопия поверхностей деформации и разрушения, оценка напряженно-деформированного состояния, ударной вязкости, конечно-элементные, разностные, стохастические методы мат. моделирования, мониторинг металлоконструкций. Основные результаты. На основе системно-структурного подхода обоснованы критерии оценки и методы обеспечения безопасности материалов и конструкций, реализована концепция многоуровневого численного моделирования объектов и систем, изучены закономерности разрушения композитов, включая модифицированный пористый бетон, дерево и материал на основе ледовой матрицы, и сталей. Использованы методы конечно-элементного и стохастического моделирования. Разработан алгоритм численного моделирования конвективно-диффузионного переноса при фазовом переходе. Изучены механизмы морозного пучения, приводящие к деформации подземного трубопровода сложной формы. Выявлен механизм реализации сложных деформаций подземного трубопровода, объясняющий сдвиги, на порядок превышающие уровень пучения. Разработанная математическая модель подтверждает предложенный механизм. Перспективы исследований: Полученный научный задел и разработки в области технологий численного моделирования с учётом фазовых переходов позволят повысить надежность и создавать цифровые двойники систем для экстремальных условий работы. Область применения результатов: Разработанные подходы, методы, алгоритмы и технологии применимы для оценки состояния и повышения надежности технических систем в условиях меняющегося климата, природно-техногенных воздействий, и предназначены для внедрения в нефтегазовой и горнодобывающей отраслях, в строительстве, в аэрокосмической и оборонной промышленности, на транспорте и в энергетике регионов Арктики и Субарктики.