Ползучесть и длительная прочность элементов конструкций в условиях нестационарного сложного напряжённого состояния с учетом факторов агрессивной среды и поверхностного пластического упрочнения

Предлагаемый проект направлен на решение научной проблемы обеспечения безопасной эксплуатацииответственных материалов и элементов конструкций, находящихся при воздействии высоких температур, нестационарных во времени условиях нагружения, влияния агрессивных сред с учетом фактора поверхностного пластического деформирования. Степень важности безопасной эксплуатации ответственных конструкций, применяемых в различных отраслях промышленности и в транспорте, в том числе используемых в нефтехимическом машиностроении и атомной энергетике, не подлежит сомнению, а нарушения в этих областях могут приводить к техногенным авариям и как следствие к возможным экологическим катастрофам.Глобальная задача проекта – обеспечение техногенной безопасности.Как правило, эксплуатация элементов конструкций ответственного назначения при повышенных температурах приводит к необходимости учета реологических процессов в материалах конструкций, в частности, учета процессов ползучести, сопровождающихся накоплением повреждений. Эти процессы влияют на их длительную работоспособность.Задача моделирования и прогнозирования процесса постепенного разрушения материалов и элементов конструкций в процессе длительного высокотемпературного нагружения представляет собой конкретную актуальную научную проблему, на решение которой направлен данный проект.Развивая научное наследие выдающегося советского ученого академика Ю.Н. Работнова, который впервые в мире в середине 20-го века разработал кинетическую теорию ползучести и длительной прочности, коллективом участников проекта предлагаются новые идеи и новые подходы к моделированию указанных явлений. А именно, в проекте развиваются определяющие и кинетические соотношения для моделирования стационарного и нестационарного сложного напряженного состояния, в том числе с учетом влияния агрессивной среды на материалы и элементыконструкций. Новизной исследования является введение в указанные соотношения векторного параметра накопления повреждений и использование дробно-степенных моделей ползучести и длительной прочности, имеющих в своем составе физически и механически обоснованное предельное напряжение. Такой подход позволяет произвести моделирование напряженно-деформированного состояния и определить время до разрушения типовых элементов конструкций, находящихся в указанных условиях эксплуатации. Дополнительный учет влияния агрессивной среды надлительные деформационно-прочностные характеристики материалов и элементов конструкций будет учитываться введение в модель функций от концентрации элементов среды в материале. Для идентификации материальных констант и функций будут проведены не имеющие аналогов эксперименты на стационарное и нестационарное сложное напряженное состояние в процессе ползучести образцов тонкостенных трубок из титанового сплава ВТ6 спредварительно внедренным в них водородом. Такой уточненный подход определения реологических характеристик, несомненно, актуален и необходим для оптимального расчета и проектирования ответственных элементов конструкций, в том числе для оценки ползучести и релаксации поверхностно упрочненных элементов конструкций.В математическом плане задача решения проблемы оценки кинетики напряженно-деформированного состояния упрочненных элементов конструкций в условиях ползучести приводит к новому классу краевых задач с начальным напряженно-деформированным состоянием.С технической точки зрения решение задач непосредственно связано с проблемой материалоёмкости элементов конструкций. Одно из решений этой проблемы – технологические методы повышения ресурса при сохранении массы конструкции. Одним из таких методов является процедура поверхностного упрочнения деталей, в результате которой в тонком поверхностно упрочненном слое создаются напряжения сжатия. Увеличение ресурса деталей (повышениепредела сопротивления усталости, трибологических характеристик и других параметров) непосредственно связано с наличием поля технологических сжимающих остаточных напряжений. Теоретически задачи формирования (реконструкции) напряженно-деформированного состояния в упрочненном слое после упрочнения и релаксации остаточных напряжений в условиях ползучести находятся в начальной стадии развития. В данном проекте развивается это направление применительно к новым типам упрочненных конструктивных элементов и условиям ихфункционирования. В частности, впервые предполагается разработать математические модели релаксации остаточных напряжений в упрочненных цилиндрических образцах при жестких ограничениях на угловые и линейные перемещения (осевое перемещение, угол закручивания, их комбинация) при высокотемпературной термоэкспозиции в условиях ползучести, обобщить эти задачи на вращающиеся цилиндрические образцы (полые и сплошные) в полемассовых сил; разработать методику реконструкции остаточных напряжений в тонкостенных цилиндрических образцах при одновременном упрочнении внутренней и внешней поверхностей и оценки их релаксации в процессе ползучести при разных видах напряженного состояния (осевое растяжение, кручение, внутреннее давление и их комбинации); разработать новые подходы для решения задач потери устойчивости (выпучивания, коробления) поверхностно упрочненных балочных элементов конструкций вследствие наведения остаточных напряжений; исследовать влияние остаточных напряжений на геометрические параметры упрочненных изделий, включаяконцентраторы напряжений; разработать метод решения несвязных задач теплопроводности, ползучести и релаксации остаточных напряжений при сложном напряженном состоянии для поверхностно упрочненных пластин и балочных элементов конструкций. Для всех задач планируется разработка не имеющих аналогов программных продуктов споследующей их регистрацией в соответствующих структурах и методических рекомендаций по оценке остаточного ресурса упрочненных деталей в условиях ползучести по параметрическим критериям отказа (величине остаточных напряжений).