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 200 с., 140 рис., 34 табл., 211 источников Объект исследования – материалы, элементы конструкций и сложных систем из металла, дерева и композиционных материалов, трубопроводные системы, надежность, прочность, безопасность, целостность и ресурс потенциально опасных объектов при эксплуатации в экстремальных условиях Севера и Арктики. Целью исследований является разработка научных основ повышения надежности и ресурса машин и конструкций, технологий создания новых материалов, включая хладостойкие стали и сплавы с субмикроструктурой, композиционные материалы, предназначенные для экстремальных климатических условий эксплуатации, с учетом фазовых переходов, в т.ч. на основе методов многоуровневого численного моделирования. Методология работы. Обзор исследований по направлению НИР, теоретический анализ процессов накопления повреждений и разрушения с учётом фазовых переходов в материалах, исследование структуры, системно-структурный подход при физическом и численном моделировании на различных уровнях и масштабах, разработка технологий получения новых упрочненных материалов, профилометрия, оптическая и электронная сканирующая и растровая микроскопия поверхностей деформации и разрушения, оценка прочности, ударной вязкости, конечно-элементные, разностные, стохастические методы математического моделирования, мониторинг сооружений и конструкций. Основные результаты. На основе системно-структурного подхода обоснованы критерии оценки и методы обеспечения безопасности сложных систем, исследованы закономерности разрушения композитов, включая модифицированный пористый бетон, дерево и материал на основе ледовой матрицы, и сталей, реализована концепция многоуровневого численного моделирования разрушения на основе КЭ и стохастического моделирования. Реализованы новые многопроходные методы упрочнения материалов. Разработана математическая и численная модель конвективно-диффузионного переноса при фазовом переходе. Изучены механизмы морозного пучения, ведущие к деформации подземного трубопровода сложной формы, и причины сложных деформаций подземного трубопровода со сдвигами, на порядок превышающими уровень пучения. Даны научные основы повышения надежности, ресурса и безопасности магистральных трубопроводов. Перспективы исследований: Полученный научный задел и разработки в области технологий численного моделирования с учётом фазовых переходов позволят повысить надежность и ресурс, достоверность цифровых двойников сложных технических систем и сооружений, предназначенных для экстремальных условий эксплуатации. Область применения результатов: Разработанные подходы, методы, алгоритмы и технологии применимы для оценки состояния и повышения надежности сложных 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.