Диссертация (1149331), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработка методов определения прочностных характеристик материалов вшироком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия по результатамэкспериментальных исследований в квазистатических и динамических режимахнагружения;2. Определение условий хрупко-вязкого перехода при изменении температуры искорости деформации;3. Объяснение эффектов динамического разрушения бетонов и горных пород,связанных со сменой преобладания прочностных характеристик в зависимости отматериала и внешних условий эксплуатации.Положения, выносимые на защиту: Определение прочностных характеристик материала по экспериментальнымданным, полученным по схеме Кольского, в условиях хрупкого разрушенияв широком диапазоне изменения скоростей деформации; Определение условий перехода материала в пластическое состояние вшироком диапазоне изменения скорости деформации и температуры;определение зависимостисмены типа разрушения от температуры искорости приложения нагрузки для некоторых видов стали; Методика анализа эффектов динамического разрушения бетонов и горныхпород, связанных со сменой преобладания прочностных характеристик взависимости от материала и внешних условий.Методы исследования базируются на апробированных физическихмоделях.
Для построения скоростных зависимостей прочностных параметровматериалов используется критерий инкубационного времени и специальноразработанные сервисные программы в математическом комплексе Mathcad и воблачном сервисе на языке Python.Достоверность результатов основана на верификации расчетных данных,полученныхсиспользованиемкритерияинкубационноговремени,с8экспериментальнымиданными,полученнымивходеизучениянаучнойлитературы и в тесном сотрудничестве со специалистами ведущих лабораториймира, такими как: DynaMat Interdepartmental Laboratory в Швейцарии илаборатория Научно-исследовательского института механики Нижегородскогогосударственного университета имени Н.И. Лобачевского.Научная новизна и практическая ценность.Полученныехарактеристикиматериалапозволяюткачественноикомплексно подходить к оценке прочности эксплуатируемых объектов в широкомдиапазонеизмененияпараметроввнешнеговоздействия.Посколькупредложенные критерии и методы расчета не требуют больших вычислительныхмощностей, то они могут быть предложены в качестве основных подходов приоперативной оценке прочности.
Для применения критерия инкубационноговремени в инженерной практике необходимо проведение экспериментов вдинамическомиквазистатическом.Предлагаемыеподходыпозволяютсущественно сократить количество проводимых экспериментов, а также провестиграницу между квазистатическим и динамическим режимом нагружения длякаждогоконкретногоматериала.Болеетого,использованиекритерияинкубационного времени позволяет объяснить ряд эффектов динамическогоразрушения и подобрать материалы под заданные условия эксплуатации вшироком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия.В ходе исследовательской работы получены расчетные схемы дляопределения прочностных характеристик материала в условиях хрупкогоразрушенияипластическогодеформированияприквазистатическихидинамических воздействиях.Результаты исследования могут быть полезны в инженерной практике,например, при строительстве объектов в сейсмически опасных регионах или припроектировании скоростных автомагистралей.Предложенные методы хорошо показали себя в комплексном подходе поизучению прочностных свойств материала в рамках лабораторных исследований,9дополняянедостаточноеколичестводанныхэкспериментов.Применениеавтоматизированных расчетных схем обработки экспериментальных данныхпозволило снизить влияние человеческого фактора в части анализа полученныхрезультатов.Апробация работы.
Результаты работы обсуждались на семинарахкафедрытеорииупругостиСанкт-Петербургскогогосударственногоуниверситета, а также на всероссийских и международных конференциях:Международная молодежная научная конференция «37 Гагаринские чтения»,(Москва,2011);«9-яANSYS/CADFEM»,Международная(Москва,2011);конференцияСедьмаявсероссийскаяпользователейконференция«Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму»,(Санкт-Петербург, 2012); 10th International DYMAT Conference, (Freiburg –Germany, 2012); конференция и заседание Научного совета ОСН РААСН"Механика разрушения бетона,железобетона и других строительных материалов",(Санкт-Петербург,2012);ДевятаяМеждународнаяконференцияпоНеравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ'2012), (г.
Алушта, 2012); 12thYouth Symposium on Experimental Solids Mechanics, (Bari, Italy, 2013), Научнаяконференция «Проблемы прочности, динамики и ресурса», (г. Нижний-Новгород,2014).Публикации. По теме работы имеется 7 ([2-8]) публикаций, в том числе 4публикации в журналах, рекомендованных ВАК ([5-7]).В работах [2-8] Петрову Ю.В., Груздкову А.А. принадлежит общееруководство. В работах [7-8] соискатель получил расчетные кривые точек хрупковязкого перехода, зависящие от скорости деформации и температуры.
В работе [5]соискатель выполнил часть расчетов и участвовал в объяснении эффектовдинамическогоразрушения.InterdepartmentalLaboratoryВв[6]сотрудникамиШвейцариибылилабораторииполученыDynaMatпрочностныехарактеристики. В работе [2] соискателю принадлежит постановка задачи поанализувлияниявлагонасыщенностиматериаланаегопрочностные10характеристики и расчетные исследования. В работах [2-7] соискателемвыполнены все численные расчеты и сформулированы выводы.
Во всех работах,опубликованных в соавторстве, автор в равной степени участвовал в разработкеосновных подходов и в реализации численных расчетов.Структура и объем работы. Кандидатская работа состоит из введения,трех глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 117 наименований.В работе содержится 30 иллюстраций и 9 таблиц. Общий объем работы 102страницы.11ГЛАВА 1. ОБЗОР МОДЕЛЕЙ МАКРОСКОПИЧЕСКОЙ ТЕКУЧЕСТИ ИХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХНАГРУЗОКНапротяжениимногихстолетийчеловечествосталкиваетсяснеобходимостью обеспечения прочности и надежности возводимых конструкций.Частоприходитсярешатьсложныеинженерные задачиприпостройке«ответственных» сооружений и механизмов. В большинстве случаев инженерыобходятсяопределениемпрочностисооружениявштатныхрежимахэксплуатации.
При этом совсем не рассматриваются аномальные воздействия(землетрясения, взрывы, пожары, наводнения), которые могут приводить кпечальным последствиям. Катастрофические разрушения наиболее ярко сталипроявляться в конце прошлого столетия в эпоху стремительного развития техникии производства.
Разрушения происходили на суше, на воде и в воздухе.Взрывались мощные паровые котлы, разрушались транспортные и военныекорабли, при том, что спроектированы они были по всем правилам и традициямсовременной науки о прочности. В то время казалось, что наука достигла пикасвоего развития и совершенства, однако попытки открыть истину и узнатьпричины катастрофических разрушений оставались безуспешны. Хочетсяотметить, что крупные аварии случались не только в ХХ веке, они были и вдалеком прошлом, и происходят, к сожалению, и в настоящее время.В последние десятилетия значительно усилился интерес к изучениюповедения твердых тел в условиях интенсивных динамических воздействий всвязиснеобходимостьюрешениявышеописанныхпроблем.Приконструировании сооружений инженеры предусматривают возможность того, чтомногие элементы могут выйти из строя.
Но при этом выполняется статическийрасчет конструкции при отсутствии части несущих элементов. Удалениеэлементов в динамическом режиме по прежнему рассматривается редко. А ведь вэтом случае возникает динамическая волна, которая распространяется по12сооружению и может вызвать разрушение других элементов конструкции. Примедленных скоростях величина разрушающих воздействий является константой иможет быть определена экспериментально. При высоких же скоростях отмечаетсяэффект существенного отклонения от предельной величины, причем большейскорости нагружения соответствует более высокий предел прочности. Очевидно,что современные инженерные расчеты возводимых конструкций должныучитыватьсооружения.возможностьТакиединамическоговоздействиявоздействиявозможныкаквнапроектируемыережименормальнойэксплуатации, так и в случае чрезвычайных ситуаций.
В настоящее время непроизводятся прочностные расчеты возводимых конструкций на критическиеусловия разрушения под действиемнагрузок динамического диапазона, заисключением случая расчета на сейсмические воздействия сооружений атомной игидроэнергетики. В первую очередь это связано с отсутствием адекватногокритерия разрушения, способного выполнять свои функции во всем диапазонепараметроввнешнеговоздействия.Приопределениинапряженно-деформированного состояния (НДС) системы в настоящее время в расчетахиспользуется классический метод – равномерное приложение сейсмическоговоздействия по всей длине сооружения.
Естественно, что при этом исчезаютэффекты от распространения сейсмической волны. Во многих современныхмировых исследованиях для ответственных объектов учёту пространственнойнеоднородности [9-18] сейсмического воздействия (т.н.з. multisupport илиmultibase input motion) уделяется все больше внимания. Но и в этом случаевыводы и оценки сводятся к введению коэффициента запаса по сравнению состатическими расчетами, что не совсем корректно.
Поскольку предельнаявеличина нагрузки, приводящая к разрушению, не является константой, а можетбыть выражена функцией, зависящей от параметров нагружения и другихвнешних факторов. Это говорит о многом. Во первых, отсутствуют простые,физически понятные критерии разрушения, особенно для пространственныхмоделей. Во вторых, отсутствуют реальные модели материалов, применимые в13широком диапазоне нагрузок.
На протяжении многих веков было принятоописыватьматериалограниченным числом констант,определяемыхегостатическое равновесие. Состояние материала в переходных режимах работы, итем более при динамических нагружениях, являлись свойствами самих процессов,но никак не материала. Таким образом, необходимость введения расчетов надинамическую прочность в стандартные инженерные расчеты очевидна.1.1. Общие подходы к построению критериев динамической прочностисплошных средЕще несколько десятилетий назад основной проблемой, препятствующейразвитию науки о«динамических» разрушениях,являлось отсутствиедостаточного количества экспериментальных данных.
В настоящее же времябольшей проблемой является анализ полученных результатов на основесуществующих моделей разрушения. Интересные обзоры науки о прочности иразрушениях можно найти в работах [19], [1].Первоначальныепопыткисводилиськустановлениюпредельногосостояния, соответствующего инициации процесса разрушения. Как оказалось,такие модели применимы только в случае «медленного» нагружения. Причем, какбудет показано далее, понятие «медленный» необходимо применять с привязкой кматериалу и условиям эксплуатации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
