ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Разработаны методики для экспериментального исследования ветвления трещин в пластинах и тонкостенных цилиндрических оболочках, позволяющие контролировать режим распространения трещины при разрушении (прямолинейное или с ветвлением). Создан автоматизированный измерительный комплекс, позволяющий проводить регистрацию, обработку и анализ экспериментальных данных, полученных в процессе натурных испытаний тонкостенных цилиндрических оболочек нагружением внутренним давлением.
2. Методики реализованы на модельном (ПММА) и конструкционном (углеродистая сталь) материалах и установлены общие для исследованных материалов макроскопические закономерности:
· ветвление происходит при достижении критического уровня разрушающего напряжения s*, причем с повышением s* уменьшается расстояние от надреза до точки ветвления трещины;
· процесс разрушения сопровождается формированием микроветвей, занимающих часть толшины образца, как до, так и после ветвления основной трещины, при этом траектория трещины отклоняется от прямолинейной;
· разделение одиночной трещины на две расходящиеся под углом 30-600 ветви происходит, когда ширина ветви (микроветви) становится равной толщине пластины или оболочки.
3. РЭМ-фрактографические исследования показали, что механизм трещинообразования при переходе от прямолинейного распространения трещины к режимам микроветвления и ветвления не меняется: в ПММА разрушение при быстром распространении трещины вплоть до микроветвления и ветвления происходит по механизму микротрещинообразования, а в стали 45 - внутризеренного скола.
4. Проведено исследование эволюции зон процессов разрушения и установлено, что поперечный размер зон монотонно увеличивается вдоль пути трещины и уменьшается непосредственно перед ветвлением.
5. На основе проведенных исследований предложен физический механизм ветвления трещины: переход трещины от прямолинейного распространения к ветвлению происходит, когда ее скорость V достигает своего предельного значения V*, при котором поток энергии упругих деформаций, поступающий в вершину трещины, G, превышает энергию G*, которая затрачивается на сопротивление материала росту одиночной трещины, т.е. при G > G* (необходимое условие) и V = V* (достаточное условие). Величина G* зависит от деформационных свойств материала при V → V* и толщины образца.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
1. Левин А.И./ Характер разрушения при ветвлении трещины в аморфных полимерах / А.И. Левин, А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев // Материалы I Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: в 6 т. Т.2. – Якутск: ОИФТПС СО РАН, 2002. – С.80-83.
2. Подходы в оценке перехода от прямолинейного распространения трещины к режиму ветвления при динамическом разрушении / А.А. Алексеев, А.И. Левин, А.С. Сыромятникова и др. // Материалы I Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: в 6 т. Т.2. – Якутск: ОИФТПС СО РАН, 2002. – С.83-88.
3. Алексеев А.А. Характер разрушения при ветвления трещины в аморфных полимерах / А.А. Алексеев, А.С. Сыромятникова, А.И. Левин // Тезисы докладов Тринадцатой зимней школы по механике сплошных сред. – Пермь: ИМСС УрО РАН, 2003. – С.14.
4. Левин А.И. Ветвление трещины в полиметилметакрилате / А.И.Левин, А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев, А.М. Большаков // Фундаментальные и прикладные проблемы физики и энергетики. Межвузовский сборник научных трудов. – Новосибирск: Сибирское соглашение, 2003. – C.135-140
5. Исследование причин аварий магистрального газопровода Бэргэ-Якутск / А.М. Большаков, Н.И. Голиков, А.А. Алексеев, А.Р. Иванов. //Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: В 3 т. Т.2.: Тр. научных конференций. – Красноярск: ИВМ СО РАН , 2003. – С.62-68.
6. Низкотемпературные натурные испытания сосудов высокого давления / А.А. Алексеев, К.Н. Большев, В.А. Иванов и др. // Тезисы Десятой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых: В 2 т. Т. 2. – Екатеринбург-Красноярск: издательство АСФ России, 2004. – С.1155-1156.
7. Алексеев А.А. Натурные испытания стали 45 при низких температурах / А.А. Алексеев, К.Н. Большев // Труды II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Ч.1. – Якутск: ЯФГУ «Изд-во СО РАН», 2004.– С.364-368.
8. Большев К.Н. Автоматизированный измерительный комплекс для низкотемпературных натурных испытаний сосудов высокого давления / К.Н. Большев, А.А. Алексеев // Труды II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Ч.1. – Якутск: ЯФГУ «Изд-во СО РАН», 2004. – С.364-373.
9. Левин А.И. Ветвление трещины в полиметилметакрилате / А.И. Левин, А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев // Наука-производству. – 2004. - №9. – С.31-33.
10. Алексеев А.А. Исследование ветвления трещины при разрушении крупногабаритных стальных конструкций при низких температурах / А.А. Алексеев // Сборник статей IX Лаврентьевских чтений, посвященных Международному году Физики. Том 1. – Якутск, 2005. – С.143-147.
11. Исследования несущей способности надземных магистральных газопроводов эксплуатирующихся более 35 лет в условиях Севера / А.М. Большаков, Н.И. Голиков, А.А. Алексеев и др. // Газовая промышленность. –2006. -№1. - С.38-39.
12. Сыромятникова А.С. Применение методов фрактальной геометрии для анализа РЭМ-фрактограмм / А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев // Электронное издание «Eurastrencold-2006: труды III Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата памяти академика В.П. Ларионова, 14-18 августа 2006 г., г. Якутск». Номер гос. рег. – 0320601278 – www.inforeg.ru
13. Методика исследования ветвления трещины при низкотемпературных натурных испытаниях / А.А. Алексеев, К.Н. Большев, В.А. Иванов и др. // Заводская лаборатория. – 2006. – №10. – С.39-42.
14. Разрушения и повреждения при длительной эксплуатации объектов нефтяной и газовой промышленности / Н.И. Голиков, А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев и др. // Газовая промышленность. – 2007. – №7. – С.87-89.
15. Alexeev A.A. Mechanisms of fracture at dynamic propagation of crack in brittle materials / A.A. Alexeev, A.S. Syromyatnikova, A.I. Levin // Modern materials and technologies 2007: Materials of international VIII Russia-China Symposium: two volumes. Vol. 2. – Khabarovsk: Pacific National University, 2007. –– P.133-137.
16. Неравномерная осадка днищ вертикальных резервуаров, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера / Н.И. Голиков, А.М. Большаков, А.А. Алексеев и др. // Безопасность труда в промышленности. – 2008. - №1. – С.42-45.
17. Механизмы разрушения полимерного материала при распространении и ветвлении трещины / А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев, А.И. Левин и др. // Деформация и разрушение материалов. – 2008. - №2. – С.33-39.
18. Методика реализации ветвления трещины при разрушении цилиндрических оболочек внутренним давлением / Алексеев А.А., Левин А.И., Сыромятникова А.С. и др. // «IV Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Eurastrencold-2008: Труды…, 23-27 июня 2008 г., г. Якутск»: электронное издание ИФТПС СО РАН (№ гос. регистрации 0320900128 от 04.02.2008 г. – www.inforeg.ru). Секция 1. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надежность и ресурс конструкций. – C.1-8.
19. Разрушения и повреждения при длительной эксплуатации объектов нефтяной и газовой промышленности / А.М. Большаков, Н.И. Голиков, А.А. Алексеев и др. // «IV Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Eurastrencold-2008: Труды…, 23-27 июня 2008 г., г. Якутск»: электронное издание ИФТПС СО РАН (№ гос. регистрации 0320900128 от 04.02.2008 г. – www.inforeg.ru). Секция 1. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надежность и ресурс конструкций. – С.103-113.
20. Механизмы разрушения углеродистых сталей при динамическом распространении и ветвлении трещины / Сыромятникова А.С., Алексеев А.А., Левин А.И. и др. // «IV Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Eurastrencold-2008: Труды…, 23-27 июня 2008 г., г. Якутск»: электронное издание ИФТПС СО РАН (№ гос. регистрации 0320900128 от 04.02.2008 г. – www.inforeg.ru). Секция 1. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надежность и ресурс конструкций. – C.294-303.
21. Ветвление трещины при разрушении цилиндрических оболочек из углеродистой стали внутренним давлением / А.А. Алексеев, А.И. Левин, А.С. Сыромятникова и др. // Деформация и разрушение материалов. – 2008. - №12. – С.33 – 39.
22. Сыромятникова А.С. Ветвление трещины в углеродистой стали. Механизмы разрушения / А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев, А.И. Левин, А.В. Лыглаев // Деформация и разрушение материалов. – 2009. - №2. – С.25-30.