Автореферат (Повышение надёжности материалов судовой арматуры путём модифицирования поверхности лазерной и электронно-пучковой обработкой), страница 4

Например, в сталикак 50:15:5 ~ 3, а в титане - как 30:20:13 ~ 1,5, в бронзе 100:50:25=2. Отмеченныеособенности интерпретированы как структурно-геометрические переходы.В параграфе 4.2 приведены результаты численного моделированиядинамической прочности стандартных корпусов кингстонов PN40 и PN100и бортового клапана подводного аппарата. Численное моделированиепроводилось с помощью расчётного модуля Premium программного комплекса15Solid Works Simulation Premium.

Модуль выполняет исследования на основеметода конечных элементов.Рис. 6. Зависимость расстояния до взрыва от массы заряда:; 2 - корпус PN40,; 3 - корпус PN40,;4; 5 - корпус PN100,; 6 - корпус PN100,;7корпус PN100,;8; 9 – корпус клапана,; 10 – корпусклапана,; 11 – корпус клапана,; 12 – корпус клапана,.1 - корпус PN40,корпус PN40,Результаты расчётов в виде графических зависимостей «масса заряда –безопасное расстояние от центра взрыва до рассчитываемых корпусов» дляразличных условий прочности (наибольших деформаций и условия текучестиМизеса) приведены на рис.6.

Безопасное расстояние определялось посоотношению p  94000(r0 / R) 3  3800(r0 / R) 2  (r0 / R)1,13 (размерность давления р –[кГ/см2]; размерность массы заряда М – [кг]; r0  (3M / 4 0 )1 / 3  радиуссферического тротилового заряда в метрах;  0  1,6 г/cм3 – плотностьтротилового заряда). Анализ результатов расчётов показал, что рассмотренныеконструкции корпусов обладают избыточной массой, такое положение приведётк тому, что подводные аппараты будут уже разрушены действием подводноговзрыва заряда, в то время как элементы арматуры будут ещё сохранять своюработоспособность и целостность.Параграф 4.3 посвящён аналитическому исследованию динамическойпрочности стержневых элементов арматуры подводных аппаратов.

Рассмотренаи решена задача устойчивости и прочности жёстко заделанного стержня поддействием движущейся со скоростью V0 сжимающей нагрузки со значением F.Получено значение для величиныдинамического прогиба  cr : cr 2l V0 t im  sd, где l  длина стержня;lEt im  время длительностиудара; sd  динамический предел текучести; материала стержня; E – модуль Юнга.Теоретические оценки, выполненные по полученному соотношению, показали,что для стержня из титанового сплава 3М длиной 200 мм при скорости удара 2016м/c и длительности удара tim = 10-4 с, допустимая длина прогиба не должнапревышать 10 мм.В параграфе 4.4 представлена математическая модель отказов элементоварматуры ПА.

Вероятность безотказной работы (ВБР) узлов и элементов можнопредставить в виде произведения Pi  P1  P2  ...  P6 , где P1, 2,3...,6  ВБР попотенциально возможным конструктивным и производственным отказам. Вработе рассмотрено определение вероятности безотказной работы Р1, связаннойсразрушением корпусных деталейарматуры. Модель,котораяпозволяет определять Р1 разработана с учётом следующих допущений:1.Отказы, связанные с разрушением корпусных элементов являютсяслучайными событиями;2.Распределение механических свойств конструкционных металлическихматериалов подчинено нормальному закону (данное допущение основано наустановленных многочисленных экспериментальных исследованиях);3.Корпусные элементы арматуры за время срока службы испытываютодиночные ударные нагрузки и не находятся под постоянными динамическиминагрузками;4.Прочность и износостойкость материалов, а также качество и прочность ихповерхностного слоя являются взаимосвязанными характеристиками;5.Разрушение корпусного элемента определяется трещиностойкостьюматериала в любой момент срока службы.Квантиль Z P нормального распределения, соответствующая вероятностиР1, в рамках разработанной модели определяется по соотношениюZ P1   (GS / Gb ) s 0,1b    0,1E a 2 s  2E,где G S и G b  коэффициенты Грюнайзена обработанной поверхности иповерхности образца после специальных коррозионных испытаний,   1,5  3,0 экспериментальная константа; b  характерный размер детали; а  межатомноерасстояние; 2  среднеквадратичное отклонение предела текучести  Sимодуля Юнга E .

По значению Z P из таблицы квантилей, приводимой всправочниках, можно определить Р1.В заключении сформулированы основные результаты и выводы:1. Установлены закономерности влияния рецептуры присадок, химическогосостава флюса и параметров технологического процесса лазерноголегирования поверхностного слоя изделий судовой арматуры из бронзыБрАЖНМц 9–4–4–1. Применение в качестве присадки алюминия и флюса ссодержанием 20% хлористого калия, а также увеличение скорости обработкидо 13 мм/с, за счет повышения мощности излучения до 2,5 кВт при лазерномлегированииобеспечиваетглубинуупрочненного,бездефектногоповерхностного слоя более 700 мкм при достижении значениямикротвердости, превышающей исходную более чем в два раза.2.

Установлено, что при фиксированной плотности потока энергии вусловиях электронной–пучковой обработки поверхности металлических17сплавов с повышением количества импульсов излученияпараметрыизносостойкости титанового сплава 3М, нержавеющей стали 08Х18Н10Т ибронзы БрАЖНМц 9–4–4–1 увеличиваются на 15 – 50%, микротвёрдостьприповерхностного слоя повышается на 25 – 50%, шероховатость поверхностибронзы снижается в 2 – 3 раза;3. Определены динамические свойства металлических материалов,применяющихся для изготовления типичных элементов арматуры ПА в томчисле после их выдержки в проточной морской воде, что позволяет с большейточностью проводить расчёты прочности элементов арматуры;4. Установлено, что в условиях динамического нагружения разрезногостержня Гопкинсона с ростом скорости деформации размер очага разрушенияуменьшается;5.

Разработана методика расчета вероятности безотказной работы элементовсудовой арматуры и корпусных деталей подводных аппаратов из различныхматериалов, с учетом прочности и наличия микродефектов поверхностногослоя.Основные результаты диссертации опубликованы работах:Публикации в рецензируемых изданиях из перечня ВАК1. Кузнецов А.В. Динамическая прочность титана и бронзы в условияхмиллисекундной длительности нагружения // Вестник Тамбовскогоуниверситета. Серия: Естественные и технические науки. 2016. Т. 21, вып.

3.С.1077 – 1079.2. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Влияние фрактальной размерности надинамические свойства высоковязких материалов // Вестник Тамбовскогоуниверситета. Серия: Естественные и технические науки. 2016. Т.21, вып. 3.С.760 – 763.3. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г., Брагов А.М. Константинов А.Ю. Влияниеформирующейся фрактальной поверхности разрушения на динамическиесвойства титана // Проблемы прочности и пластичности. 2016. Т.78, № 2.

С.218 – 227.Публикации в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science4. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В., Брагов А.М., Ломунов А.К. Структурногеометрические переходы при динамическом нагружении материалов //Вестник ПНИПУ. Механика. 2016. № 3. С. 164 – 174.DOI:10.15593/perm/2016.3.11.5. Bragov A.M., Balandin V.V. Konstantinov A.Yu., Lomunov A.K., VorobtsovI.V., Kuznetsov A.V.

b, Savenkov G.G. High-rate deformation and spall fracture ofsome metals // Procedia Engineering. 2017. V. 197. P. 260 – 269.DOI:10.1016/j.proeng.2017.08.103.6. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В., Брагов А.М. Динамическая прочность18титанового сплава с модифицированной электронным пучком поверхностью//Журналтехническойфизики.2018.Вып.5.С.740–744.DOI:10.21883/JTF.2018.45903.2205.Публикации в других рецензируемых изданиях7. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г., Щукина Е.В. Динамические свойстваперспективных и применяемых металлов и сплавов для морского подводногооружия // Труды Крыловского Государственного научного центра.

2016. Вып.91. С. 63 – 68.8. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г., Концепция фракталов и динамическиеиспытания металлов // Оборонная техника. 2016. № 8 – 9. С. 153 – 155.9. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Динамические свойства вязких металлов смодифицированным импульсным электронным пучком поверхностным слоем// Глава 4 монографии «Перспективные материалы и технологии». Т. 2.Витебск: УО «ВГТУ», 2017. С.

73 – 89. ISBN 978-985-481-511-410. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Структурные изменения в металлах,вызванные воздействием сильноточного электронного пучка наносекунднойдлительности // Глава 7 монографии «Перспективные материалы итехнологии». Т. 1. Витебск: УО «ВГТУ», 2018. С. 125 – 140. ISBN 978-985-481559-6Публикации в других изданиях11. Кузнецов А.В., Савенков Г.Г. Предельные характеристики динамическогоразрушения сплавов цветных металлов, коррозионно-устойчивых кагрессивной морской среде // Материалы 42-ой научно-техническойконференции.

Т.2. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 35 – 37.12. Барахтин Б.К., Кузнецов А.В., Морозов В.А., Савенков Г.Г. Электроннопучковая модификация поверхности титанового сплава, устойчивого кагрессивной морской среде // Физика прочности и пластичности материалов:сб. тез. XIX Международной конференции 8–11 июня 2015 г.

Самара, Россия.г. Самара: СГТУ, 2015. С. 49.13. Кузнецов А.В. Особенности механического поведения нержавеющей сталипри скоростях деформации в условиях гидроудара // Физика прочности ипластичности материалов: сб. тез. XIX Международной конференции 8 – 11июня 2015 г. Самара. Самара: СГТУ, 2015. С.

202.14. Савенков Г.Г., Барахтин Б.К., Кузнецов А.В., Брагов А.М. и др.Структурно-геометрические переходы в условиях высокоскоростногонагружения // Сборник материалов XXII Петербургских чтений по проблемампрочности 12–14 апреля 2016. СПб, 2016. С. 88 – 91.15. Савенков Г.Г., Кузнецов А.В. Механические и фрикционные свойстватитана и бронзы после многостадийной импульсной электронно-пучковойобработки // Живучесть и конструкционное материаловедение: МатериалыМеждународной конференции 26 – 28 октября 2016 г. Москва.

М.: ИМаш им.А.А. Благонравова РАН, 2016. С.59 – 60.1916. Кузнецов А.В. Влияние лазерного легирования поверхностицилиндрических деталей из бронзы БрАЖНМц на их свойства //Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений. IXМеждународная конференция, разрушения и сопутствующих явлений. 25 – 29июня, 2018, г. Тамбов. С.15.17. Kuznetsov A.V., Savenkov G.G.

Nanostructural State in Metals Under theInfluence of the High-current Electron Beam of a Nanosecond Duration // Materialsof 4th Global Congress «Material Science and Nanoscience» (October 15 – 16, 2018,Amsterdam, Netherlands). P. 49..