Проблеми міцності
міжнародний науково-технічний журнал

2024 № 3

"Сучасні підходи до чисельного моделювання напружено-деформованого стану для оцінки міцності складних вузлів обладнання 1-го контуру АЕС. Повідомлення 3. Використання методики сабмоделінгу та розширеного методу скінченних елементів для розрахунку патрубкової зони корпусу реактора", Проблеми міцності, № 3, 5-15, (2024)

Останні дослідження показують, що патрубкові зони є одним із найбільш небезпечних елементів корпусу реактора. Високий рівень напружень у таких вузлах може призвести до появи кутових тріщин. Водночас відкритим залишається питання щодо вибору критичних розмірів та напряму розташування тріщин із точки зору розрахунків на опір крихкому руйнуванню. Приведено результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану патрубкової зони корпусу реактора класичним методом скінченних елементів (МСЕ) та розширеним методом скінченних елементів (XFEM) із використанням методики сабмоделінгу. Наведено результати чисельного моделювання класичним МСЕ для режиму гідравлічних випробувань патрубкової зони корпусу реактора з трьома типами тріщин: поверхневою, піднаплавною та тріщиною з проникненням на 1 мм у наплавлення. Для 12 типів тріщин із варіюванням їхніх розмірів та напряму розташування у патрубковій зоні корпусу реактора приведено результати розрахунків на опір крихкому руйнуванню методом XFEM для одного з характерних режимів термошоку. Результати розрахунків показали, що при однакових розмірах осьові тріщини є більш небезпечними, ніж колові. Для осьового напряму більш небезпечними є тріщини зі співвідношенням півосей 􀜽⁄􀜿 􀵌 0,3, тоді як для колового – з 􀜽⁄􀜿 􀵌 0,7. При цьому тріщини з 􀜽⁄􀜿 􀵌 0,3 є більш чутливими до напряму розташування, ніж тріщини з 􀜽⁄􀜿 􀵌 0,7. Показано, що використання методу XFEM дає змогу проводити експрес- оцінку опору крихкому руйнуванню з можливістю варіювання форми, розміру та місцеположення тріщини, що дозволяє ефективно визначати її критичний розмір та найбільш небезпечне місце в елементі конструкції.

Ключові слова:розширений метод скінченних елементів, сабмоделінг, патрубок, тріщина, коефіцієнт інтенсивності напружень

"Довговічність залізничних осей РУ1Ш після зварювання вибухом", Проблеми міцності, № 3, 16-23, (2024)

Найпоширенішим дефектом осей колісних пар залізничних вагонів типу РУ1Ш є пошкодження або зношення різьбових отворів М20 під болти кріплення стопорних планок роликових підшипників. Пропонується ремонтувати такі різьбові отвори шляхом плакування зварюванням вибухом відновлювальною втулкою і подальшим нарізуванням у ній нового різьблення. Проведені випробування на втому відновлених різьбових отворів показали, що їхня довговічність практично відповідає базовим значенням для нових осей. Технологію ремонту опробовано на двох натурних осях, які встановлено на вагонний візок і які пройшли маршрутні випробування. Вагон проїхав 35 000 км, і пошкодження відновленого різьбового отвору не виявлено.

Ключові слова:вісь РУ1Ш, відновлення, різьбовий отвір, зварювання вибухом, випробування на втому.

"Розвиток пошкоджень стільникового осесиметричного баку, отриманого адитивними процесами з пластикового філаменту. Повідомлення 1. Розвиток пошкоджень осесиметричних багатошарових стільникових оболонок під дією критичних механічних навантажень. Еквівалентні властивості шарів моделі для оцінки НДС", Проблеми міцності, № 3, 24-41, (2024)

Проаналізовано особливості формування стільникових структур адитивними методами, зокрема з пластикового філаменту (Fused Deposition Method, FDM). Показано, що інженерне застосування виробів, які мають у своїй будові стільники, повинно враховувати характер розвитку пошкоджень конструкцій під дією робочих навантажень. Для типових виробів у вигляді багатошарових оболонок замкненої форми (баки різного технологічного призначення) такими є термобаричні впливи, які призводять до втрати тривалої міцності виробу та розвитку пошкоджень на початкових дефектах. Останні запропоновано ділити на три групи: у вигляді порожнин різного обсягу і форми та плями контакту на межі адгезії викладених шарів за умови сталого протікання технологічного процесу; сформовані від прояву випадкових чинників технологічного характеру; і такі, що виникають внаслідок неоднорідностей та початкових відмінностей використовуваного матеріалу (пластиковий філамент). Втрата несучої здатності оболонок, виготовлених із конструкційних пластиків (окрім високоеластичних), може бути описана розвитком тріщин на міжшарових ділянках виробу відповідно до теорії Гріффітса. Саме на цих ділянках наявність дефектів є найбільшою. Оскільки існує суттєва відмінність між механічними властивостями пластикового філаменту та виробу, отриманого екструзією, запропоновано при аналізі напружено-деформованого стану моделі останнього використовувати еквівалентні властивості компонентів стільникової системи у вигляді тришарової сполученої оболонки.

Ключові слова:стільникові системи, пошкодження, багатошарові оболонки, адитивні процеси, пластиковий філамент.

"Закономірності росту поперечної тріщини у моделі ротора парової турбіни за дії динамічного навантаження", Проблеми міцності, № 3, 42-54, (2024)

Експлуатація елементів конструкції парової турбіни супроводжується значними механічними і тепловими навантаженнями в агресивному середовищі. Одним з основних наслідків таких умов експлуатації є пошкодження елементів конструкції парової турбіни, яке накопичується протягом тривалого часу і в кінцевому підсумку переростає в локальне пошкодження типу тріщини. Стадія розвитку тріщини зазвичай є короткотривалою порівняно зі стадією накопичення розсіяного втомного пошкодження і може призвести до катастрофічних руйнувань, якщо тріщину не буде виявлено вчасно. Інтенсивність розвитку тріщин у валу парової турбіни в результаті поперечних коливань при проходженні ротором критичної швидкості оцінено на основі розробленої аналітичної моделі. Як модельний об'єкт вибрано ротор високого тиску парової турбіни К-210-130. Довговічність ротора з тріщиною за кількістю пусків визначали за допомогою теорії механіки руйнування на основі розрахункових напружень у перерізі з тріщиною, а також експериментально визначеної залежності інтенсивності росту тріщини в роторній сталі від розмаху коефіцієнта інтенсивності напружень при високій температурі. Продемонстровано вплив експлуатаційних і геометричних факторів на закономірності росту тріщини у роторі, що обертається, при поперечних коливаннях.

Ключові слова:вал турбіни, поперечні коливання, повзучість, ріст тріщин

"Дослідження залежності виду руйнування в умовах циклічного навантаження від анізотропії структурного стану феромагнітних сталей", Проблеми міцності, № 3, 55-74, (2024)

Експериментально обґрунтовано можливості застосування неруйнівних методів контролю для отримання залежності виду руйнування в умовах циклічного навантаження феромагнітних сталей від анізотропії їхнього структурного стану, визначеного за результатами вимірювання коерцитивної сили. Експериментально встановлено, що пружному статичному та циклічному навантаженню відповідає стійкий структурний стан із певною кінетичною залежністю його анізотропії від прикладених напружень. Після пластичного деформування внаслідок дії залишкових напружень формується інший стійкий структурний стан. Установлено залежність коефіцієнта анізотропії структурного стану металу від рівня діючих відносних напружень при пружному та пружно-пластичному статичному і циклічному навантаженні. Зміна напряму кінетичної залежності коефіцієнта анізотропії структурного стану металу від пружного та пружно-пластичного навантаження дає змогу визначати безпечний діапазон механічного навантаження, зумовленого зворотними процесами пошкодження, а також діапазони з ризиками накопичення незворотних втомних багато- та малоциклових втомних і квазістатичних пошкоджень, які викликають відповідні види руйнування. Використання неруйнівного методу коерцитиметричного контролю дозволяє встановлювати межу витривалості металу, умовну границю текучості, напруження переходу від малоциклового втомного до малоциклового квазістатичного руйнування.

Ключові слова:коерцитивна сила, анізотропія, структурний стан, напруження, деформація.

"Рекристалізація в зварних з’єднаннях парогонів за тривалої експлуатації", Проблеми міцності, № 3, 75-85, (2024)

Установлено, що внаслідок особливостей перебігу рекристалізації в структурі зварних з’єднань парогонів із теплостійких перлітних сталей 15Х1М1Ф і 12Х1МФ за їхнього напрацювання в умовах повзучості понад 270 тис. год відбувається повернення і рекристалізація. Відпочинок пришвидшується за підвищення напрацювання парогонів в умовах повзучості понад 270 тис. год і починає переходити в рекристалізацію, коли поступово змінюються окремі границі зерен, що призводить до збільшення їхніх розмірів та зміни форми. Швидкість проходження рекристалізації на ділянках зони термічного впливу (ЗТВ) є різною, що залежить відповідно від їхнього структурно-фазового стану. Розвиток рекристалізації в структурі ділянок ЗТВ відбувається більш інтенсивно порівняно з основним металом зварних з’єднань, який не зазнав впливу зварювального нагрівання. При розсипанні спільної границі між двома контактуючими зернами, що мають різну кристалографічну орієнтацію, утворюється одне зерно. Поступово в такому зерні кристалографічна орієнтація набуває однакового спрямування. На ділянці перегріву ЗТВ зварних з’єднань зі сталі 12Х1МФ середня вихідна величина зерен відповідає 9-му балу (ДСТУ 8972:2019), а потім після напрацювання 280 тис. год (близько 40 років) – 7-му. Такі процеси супроводжуються зменшенням щільності дислокацій в зернах 􀟙-фази та по їхніх границях, яке помітного впливу на зниження механічних властивостей не ініціює. Установлено залежності проходження рекристалізації від самодифузії легуючих елементів, розподілу дислокацій в зернах 􀟙-фази, а також від карбідів, що коагулюють. У цьому випадку за протікання процесу рекристалізації відбувається зниження механічних властивостей зварних з’єднань. Рекристалізація на ділянках неповної перекристалізації, перегріву і сплавлення ЗТВ є більш інтенсивною, ніж у металі шва й основному металі зварних з’єднань. Рекристалізація сприяє пошкоджуваності зварних з’єднань за механізмами повзучості та втоми.

Ключові слова:зварні з’єднання, парогони, теплостійкі перлітні сталі 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, повернення, рекристалізація, твердість, структурні зміни, деформація, експлуатація, границі зерен.

"Моделювання низькотемпературної локалізованої переривчастої деформації конструкційних матеріалів у середовищі рідкого гелію залежно від режиму навантаження і виду накопиченої потенційної енергії", Проблеми міцності, № 3, 86-98, (2024)

Приведено результати чисельного дослідження розвитку низькотемпературної стрибкоподібної деформації при розтягу підвішеним вантажем зразків аустенітної сталі 03Х20Н16АГ6 та алюмінієвого сплаву АМг5 у середовищі рідкого гелію за температури 4 К. На практиці великі вагові навантаження у поєднанні з кріогенними температурами зустрічаються в резервуарах для зберігання скраплених газів, зокрема у водневих баках ракет- носіїв. Розроблено локальну одновимірну багатопараметричну нелінійну математичну модель процесу низькотемпературної стрибкоподібної деформації металів, яка адекватно його відтворює і дає змогу дати кількісні оцінки залежно від механічних властивостей матеріалу і характеристик системи навантаження. Досліджуваний ефект розглядається як прояв локальної термомеханічної нестійкості деформації металу в адіабатичних умовах. Математичне формулювання задачі виконано у вигляді нелінійного диференційного рівняння другого порядку з певними початковими та іншими умовами. Рівняння відображає стан динамічної рівноваги системи зразок–навантажувальний пристрій та описує процес стрибкоподібної деформації зразка як рух системи. Модель конкретизовано для зразків сталі 03Х20Н16АГ6 і алюмінієвого сплаву АМг5 у режимі повзучості в середовищі рідкого гелію. Чисельний експеримент показав прийнятну точність застосованого розрахункового методу. Виявлено якісну подібність досліджуваного процесу для матеріалів різних класів, причому величини досягнутих деформацій різко відрізняються. Порівняльні розрахунки довели, що потенційна енергія поля гравітації спричиняє набагато більшу локалізовану деформацію зразка, ніж потенційна пружна енергія, навіть у поєднанні з додатковим чинником – роботою електро- або гідроприводу, коли швидкість деформування на два порядки вища за стандартну для статичних випробувань металів на розтяг. Дуже велика деформація, що виникає і локалізується в умовах повільної релаксації вагового навантаження, неминуче призводить до руйнування ще до завершення процесу стрибка.

Ключові слова:низькотемпературна стрибкоподібна деформація, рідкий гелій, конструкційні сплави, математична модель, чисельний метод, потенційна енергія, режим навантаження.

"Метод прогнозування впливу рівня залишкових напружень у зварних з’єднаннях на граничні амплітуди циклу", Проблеми міцності, № 3, 99-108, (2024)

Запропоновано методику визначення діаграм граничних амплітуд циклу зварних з’єднань з усталеними залишковими напруженнями розтягу за результатами випробувань малогабаритних зразків та наведено відповідні розрахункові залежності. Цю методику можна розглядати як експрес-метод розрахунку характеристик опору втомі зварних з’єднань за відсутності можливості проведення повномасштабних досліджень. Аналіз літературних даних для різних типів зварних з’єднань показав задовільну відповідність між експериментальними і розрахунковими значеннями границі витривалості зварних з’єднань із низьковуглецевої та низьколегованої сталей невисокої міцності. Встановлено, що похила ділянка діаграми з усталеними залишковими напруженнями зміщується паралельно відносно діаграми амплітуд циклу зварних зразків без залишкових напружень. Діаграми граничних амплітуд циклу зварних з’єднань із різною величиною усталених залишкових напружень закінчуються на лінії, де кожна точка при різних середніх напруженнях циклу відповідає мінімальній граничній амплітуді циклу зварного з’єднання зі своїм значенням граничного усталеного залишкового напруження, що забезпечує реалізацію граничного циклу напруження. При однаковому значенні усталеного залишкового напруження з підвищенням границі плинності границя витривалості зварних з’єднань знижується. Якщо при невисоких значеннях усталених залишкових напружень відносне зниження границі витривалості стикових зварних з’єднань зі сталей різної міцності відбувається практично на однакову величину, то з їхнім зростанням зниження границі витривалості сталі з більш високими механічними характеристиками є значно більшим.

Ключові слова:діаграма граничної амплітуди циклу, границя витривалості, залишкове напруження, зварне з’єднання, границя плинності, амплітуда напруження циклу.

"Вплив холодного ізостатичного пресування на міцність твердого сплаву WC–15 мас.% Co", Проблеми міцності, № 3, 109-119, (2024)

Досліджено вплив холодного ізостатичного пресування (ХІП) порошкових заготовок твердого сплаву WC–15Co на міцність за триточкового згину спеченого сплаву. Спечені зразки, які піддавали та не піддавали ХІП, аналізували за допомогою сканувальної електронної мікроскопії, енергодисперсійної рентгенівської спектрометрії, рентгенівської дифракції, а також обладнання для випробувань на міцність та твердість з інденторами Віккерса та Роквелла. Установлено, що міцність при триточковому згині зразків, які піддавали ХІП, сягала 2410 МПа, що на 13% більше за міцність зразків, які не піддавали ХІП, і на 30% більше за стандартизовану міцність твердого сплаву ВК15, що має аналогічний компонентний склад. Показано, що твердість є найвищою в зразках, які піддавали ХІП перед спіканням, у свою чергу, середній розмір зерен WC залишається незмінним порівняно зі зразками, які не піддавали ХІП. Визначено, що переважаючою кристалічною модифікацією, в якій знаходиться кобальт у зразках, що піддавали ХІП, є ГЩП–Co, на противагу зразкам, що не піддавали ХІП, в яких кобальт переважно знаходиться в метастабільній ГЦК модифікації. У зразках після ХІП перед спіканням на поверхні руйнування кобальту в три-чотири рази більше, аніж у зразках без ХІП, а руйнуюча тріщина переважно рухається по границі розділу між матричною фазою WC та зв’язуючою компонентою Co. У зразках без ХІП тріщина рухається у масиві Co, а зерна WC на поверхні руйнування вкриті кобальтовими прошарками різної товщини. Холодне ізостатичне пресування рекомендовано використовувати як необхідну додаткову операцію стандартної технології одержання твердих сплавів, оскільки ще на етапі пресування ця процедура забезпечує необхідні умови для підвищення міцності спечених зразків.

Ключові слова:холодне ізостатичне пресування, міцність при триточковому згині, тріщиностійкість, мартенситне фазове перетворення, твердий сплав.

"Оптимізація напружено-деформованого стану функціонально-градієнтних конструкцій за наявності концентраторів напружень", Проблеми міцності, № 3, 120-130, (2024)

Розглянуто проблему формування оптимального структурно-неоднорідного стану в конструкціях, що функціонують в умовах силових контактних навантажень як із позицій теоретичних досліджень, так і практичного застосування. Базуючись на сучасних принципах механіки деформівного твердого тіла нелокальних (градієнтних) середовищ, підходах до оцінки міцності конструкцій та методах математичного моделювання, запропоновано варіаційне формулювання задачі встановлення оптимального просторового розподілу механічних властивостей, що забезпечує максимальне зростання роботоздатності таких виробів. За критерій оптимальності вибрано такий функціонал, що дає змогу оцінити вплив фізичних та геометричних параметрів концентраторів напружень як на локальний напружено- деформований стан, так і на міцність усієї конструкції, яка знаходиться в умовах фрикційної контактної взаємодії. Для комп’ютерної реалізації поставленої задачі було використано Python-версію вільного пакету скінченноелементного аналізу Fenics. Проведено дослідження прикладної задачі встановлення міцнісних властивостей бандажів коліс локомотивів, що містять одночасно як еліптичні, так і кругові концентратори напружень у двовимірній постановці. На основі проведеного комплексу числових досліджень установлено “стрибкоподібний” характер зміни величини контактного знеміцнення залежно від віддалі між концентраторами, що необхідно враховувати при передбачуваному аналізі поведінки тіл в умовах контактної взаємодії. Отримано граничне значення глибини зміцнення конструкцій з множиною концентраторів напружень, перевищення якого при технологічній модифікації є недоцільним, оскільки при його збільшенні параметри контактної міцності зростають несуттєво.

Ключові слова:контактна міцність, множина концентраторів напружень, поверхневе зміцнення, оптимальні технології інженерії поверхні

"Дослідження механізмів руйнування гірських порід під плитами тунелепрохідницьких машин (ТПМ): енергетичний аналіз та скінченноелементне моделювання", Проблеми міцності, № 3, 131-131, (2024)

Розвиток підземної інженерії призвів до швидкого розвитку тунелепрохідницьких машин (ТПМ), які в останні роки використовуються в таких практичних проєктах, як транспорт, муніципалітети, водопостачання та електроенергетика, завдяки таким перевагам, як швидкість проходки. Швидкість проходки, висока безпека і хороша якість будівництва мають великий вплив на термін служби різців (дискових ножів ТПМ). Процес руйнування гірської породи під дією сил, що виникають при дробленні гірської породи робочими органами ТПМ, виконано чисельно за допомогою програмного забезпечення LS-DYNA, яке базується на методі скінченних елементів. Для моделювання процесу руйнування породи робочими органами використано модель повного перерізу з п’ятьма робочими органами. Проведено аналіз внутрішньої енергії та кінетичної енергії, що беруть участь у процесах різання та руйнування породи під робочими органами ТПМ. Показано, що вертикальна сила відіграє основну роль у процесі руйнування породи, а значення бічної сили і сили кочення малі і не впливають на нього. Результати, отримані при моделюванні, можуть бути використані як граничні умови для аналізу підшипників. Проведено порівняння числових результатів із теоретичними для перевірки адекватності побудованої розрахункової моделі.

Ключові слова:програмне забезпечення LS-DYNA, плита тунелепрохідницьких машин (ТПМ), породоруйнівна сила.

"Аналіз мікроструктури та механічних властивостей мідної зони зварювання тертям із перемішуванням", Проблеми міцності, № 3, 132-132, (2024)

Проведено експерименти зі зварювання тертям із перемішуванням із використанням мідної пластини товщиною 2 мм. Швидкість обертання (􀟱) і швидкість поперечного переміщення інструменту становили 800…1200 об/хв і 200 мм/хв відповідно. Вплив швидкості поперечного переміщення інструменту на властивості звареної міді проаналізовано при постійній швидкості поперечного переміщення. Аналіз результатів експерименту показав, що металографічна мікроструктура зони зварювання зазнає подібних змін при різних швидкостях обертання інструменту. Зокрема, зерно в зоні зварювального ядра стає більш дрібним, разом із тим зерно біля зворотного боку виявляється більшим. Ця область є зоною термомеханічного і термічного впливу. Остання зазнає меншого впливу інструменту, але стискається металом матриці, в результаті чого розмір зерна більший, ніж у зоні зварювання, але менший, ніж у металі матриці. Те саме стосується і сторони, що рухається вперед. Границя міцності зразка при розриві, яка становила 266,2 МПа, демонструвала високий ступінь узгодженості з границею міцності основного металу, якщо значення 􀟱 інструменту досягало 800 об/хв. Твердість кожного зразка перевищувала твердість основного металу. Твердість зразка зросла на 133,2% до 185,9 HV0,2, якщо значення ω інструменту було встановлено на 1000 об/хв, перевищивши твердість основного металу. Коефіцієнт тертя кожного зразка був нижчим за коефіцієнт тертя основного металу. Коефіцієнт тертя в зоні зварювання, який дорівнює лише 0,21, становить менше половини коефіцієнта тертя в основному матеріалі (0,55). Технологія зварювання тертям із перемішуванням значно покращила механічні властивості міді, у такий спосіб сприяючи її широкому застосуванню.

Ключові слова:мідь, тертя і зношування, зварювання тертям із перемішуванням, твердість, мікроструктура, границя міцності.

"Покращення характеристик високотемпературної втоми сплаву AA2024-T4 за допомогою дробоструминного зміцнення: комплексне чисельне моделювання", Проблеми міцності, № 3, 133-133, (2024)

Дослідження є частиною серії попередніх досліджень, спрямованих на вдосконалення технології алюмінієвих сплавів, особливо з акцентом на сплаві AA2024-Т4. Спрогнозовано втомну довговічність стандартного зразка за різних експериментальних умов, пов'язаних із процесом дробоструминного зміцнення. Дослідження заглибилося в прогнозування втомної довговічності, що виникає внаслідок циклічного впливу пострілів, із подальшою спробою підвищити довговічність поверхні зразка за допомогою методів чисельного моделювання при різних температурах, включаючи кімнатну і високі температури. Дослідження було спрямоване на прогнозування втомної довговічності внаслідок циклічних ударів пострілів, після чого було зроблено спробу підвищити довговічність поверхні зразка за допомогою методів чисельного моделювання при різних температурах, зокрема при кімнатній та підвищеній температурі. Дослідження показало, що статичне напруження стає очевидним після перших 106 циклів, що узгоджується з результатами, отриманими в різних випробуваннях із різним зусиллям, прикладеним до зразка. Щоб гарантувати достовірність результатів, інтерпретації та висновки було ретельно перевірено як при кімнатній температурі, так і при підвищеній температурі 250°C. Проведено чисельний аналіз структури сплаву AA2024-T4, що дає цінну інформацію про його втомну поведінку при різних температурах.

Ключові слова:AA2024-T4, втомна поведінка, моделювання, дробоструминне зміцнення, динамічне навантаження, прогнозування ресурсу.

"Вплив корозійного розтріскування під напругою на повзучість вершини тріщини та швидкість поширення тріщини у зварному з’єднанні", Проблеми міцності, № 3, 134-134, (2024)

Повзучість вершини тріщини є ключовим параметром, який впливає на швидкість росту SCC (корозійноe розтріскування під напругою) конструкційних матеріалів зі сплавів на основі нікелю, що також має значний вплив на швидкість корозійного розтріскування під напругою аустенітної нержавіючої сталі та інших матеріалів. Щоб дослідити закон зміни поля повзучості вершини тріщини в різних положеннях від зварного шва зварного з’єднання, на основі сплаву 600 було створено чисельну розрахункову модель зварного з’єднання при різних положеннях зародження тріщини, а також детально проаналізовано поле напружень і повзучості вершини тріщини. Результати показують, що нерівномірність матеріалу призводить до очевидного розриву напружень у вершині тріщини на межі матеріалу, оскільки відстань між положенням тріщини та поверхнею зварного шва збільшується, напруження вершини тріщини перед повзучістю під впливом механічних властивостей основного металу зменшується. Швидкість повзучості тріщин із боку зварного шва поступово зростає зі збільшенням відстані від межі поділу матеріалів. При розташуванні тріщини на межі розділу між сплавом на основі нікелю та основним металом спостерігається мінімальна швидкість росту тріщини. Зі збільшенням відстані від межі розділу матеріалів швидкість росту тріщини поступово зростає. При відстані від межі розділу 􀝀 􀵐 0,1 мм вплив механічних властивостей на швидкість росту послаблюється.

Ключові слова:корозійне розтріскування під напругою, механічна неоднорідність, повзучість вершини тріщини, зварне з’єднання.

"Експериментальний та чисельний аналіз напружено-деформованого стану звичайної та складної форми листового металу LCS (1008-AISI) під час глибокого витягування", Проблеми міцності, № 3, 135-135, (2024)

Отримано звичайні та складні форми методом глибокого витягування з використанням експерименту та аналізу методом скінченних елементів. Для виконання експерименту було спроєктовано, виготовлено та застосовано штампи глибокого витягування з метою отримання кухлів циліндричної та полігональної форми з низьковуглецевої сталі (1008-AISI). Для виконання чисельного аналізу було застосовано комерційне програмне забезпечення ANSYS. Створено звичайну (циліндрична) та складну (багатокутна з вісьмома ребрами) форми методом глибокого витягування та проведено порівняння результатів експерименту з отриманими скінченноелементним аналізом. Показано, що у випадку складних форм максимальна сила витягування, необхідна для створення полігонального кухля, становила 40,275 kN, для циліндричної – 35,165 kN. Максимальна ефективна деформація сягала 0,4542 для кухлів складної форми. Виробництво звичайних форм є простішим, ніж виробництво складних форм за допомогою операції глибокого витягування.

Ключові слова:чисельний аналіз, полігональна форма, складна форма, глибоке витягування.

"Прогнозування ударних пошкоджень сендвіч-структури з вуглецевого волокна на основі критерію руйнування Хашина", Проблеми міцності, № 3, 136-136, (2024)

У процесі експлуатації та виробництва сендвіч-структури з пінополістиролу часто були пошкоджені низькоенергетичним ударом, що призводило до погіршення експлуатаційних характеристик. Тому виникла необхідність дослідити пошкодження, спричинені низькошвидкісним ударом композитних сендвіч-конструкцій. На основі критерію руйнування Хашина було створено еквівалентну скінченноелементну модель сендвіч-панелі з вуглецевого волокна і пінопласту при низькошвидкісному ударі. Модель було використано для моделювання пошкодження пінополістирольної сендвіч-панелі зі структурою [±45°/±45°/(серцевина) /±45°/±45°] під дією енергії удару 10,58; 21,17; 31,75 та 42,34 Дж. Результати моделювання глибини ударних пошкоджень порівнювали з експериментальними результатами. Похибка склала менше 10%, що підтвердило раціональність моделі ударного еквівалента. Модель було використано для прогнозування та аналізу пошкоджень пінополістирольних сендвіч-панелей зі структурами [±45°/(серцевина)/±45°], [±45°/(0°, 90°)/(серцевина)/±45°] та [±45°/(0°, 90°) (серцевина)/(0°, 90°)/±45°] під дією енергії удару 21,17 Дж. Шляхом порівняння й аналізу ситуації пошкодження, часу реакції на силу удару та часу реакції на швидкість удару було проаналізовано стійкість до низькоенергетичного удару. Результати показали, що збільшення кількості шарів структури [±45°] може зменшити ступінь пошкодження при ударі та покращити несучу здатність сендвіч-панелей.

Ключові слова:сендвіч-структура з вуглепластикового пінопласту, критерій руйнування Хашина, низькошвидкісний удар, ударні пошкодження, скінченноелементне чисельне моделювання.

"Ейлерове формулювання визначального співвідношення для класу електромагнітопружних матеріалів", Проблеми міцності, № 3, 137-137, (2024)

Новий клас електромагнітопружних (ЕМП) матеріалів складається з електроактивних і магнітоактивних частинок у полімерній матриці, які змінюють свою пружну поведінку під дією електромагнітного поля. Відклик матеріалу для такого класу матеріалів зазвичай формулюється в термінах лагранжевого тензора деформації разом із лагранжевими векторами електромагнітного поля, які “виштовхуються” вперед до поточної конфігурації. Наведено нове формулювання електромагнітопружності в термінах ейлерового тензора деформації та ейлерових векторів електромагнітного поля, що відносяться до поточної конфігурації. Таке ейлерове формулювання часто є сприятливим як з теоретичної, так і обчислювальної точки зору, що дає змогу уникнути операції “просування вперед” для отримання поточної конфігурації. Проілюстровано метод виведення конститутивного співвідношення для класу матеріалів ЕМП, приведеного в літературних джерелах із нового запропонованого співвідношення.

Ключові слова:механіка суцільних середовищ, конститутивне моделювання, електромагнітопружність, електромагнітопружний матеріал.

"Модифікації методу прямої міцності для дослідження поведінки холодногнутих швелерних прогонів на згин", Проблеми міцності, № 3, 138-138, (2024)

Оцінюється і модифікується метод прямої міцності (МПМ) в AS/NZS 4600:2018 для холодногнутих швелерних прогонів на основі нелінійного аналізу в програмному забезпеченні Strand7. Спочатку досліджуються оригінальні криві DSM з програми THIN-WALL для кожного режиму вигину. Потім виконується нелінійний аналіз за допомогою методу скінченних елементів (МСЕ). Перевіряється точність і надійність оригінальних і модифікованих кривих МПМ та виконується аналіз на основі результатів МСЕ. При аналізі результатів порівнюються різниці, середнє та стандартне відхилення між результатами МСЕ та МПМ. Відсоткова похибка ε є прийнятною при відношенні ширини до товщини 40 􀵑 􀜾⁄􀝐 􀵑 75, водночас у режимі деформаційного згину прийнятний діапазон відношення ширини до товщини становить 32 􀵑 􀜾⁄􀝐 􀵑 63. Більшість перерізів матимуть задовільні значення похибки для різних співвідношень тонкостінності 􀟣􀯟 (або 􀟣􀯗). Показано, що модифіковані результати МПМ є більш точними і надійними, ніж оригінальні, а дисперсія і похибка обчислення тестових даних будуть меншими після модифікації. Однак обмеженнями дослідження є інтерференція режимів згину та розмір вибірки. Результати дослідження нададуть інженерам-будівельникам більш комплексний аналіз методів розрахунку та можуть бути використані як довідник для інженерного проєктування.

Ключові слова:метод прямий міцності, нелінійний аналіз, локальний згин, деформаційний згин.

"Імітаційний аналіз механічних властивостей ліній електропередач постійного струму в умовах гірської пожежі", Проблеми міцності, № 3, 139-139, (2024)

У процесі розробки та будівництва електромережі коридор лінії електропередач неминуче проходить через територію з густою рослинністю. У суху пору року часто виникають лісові пожежі, які серйозно впливають на нормальну роботу ліній електропередач. Через різке підвищення температури повітря і велику кількість диму під час горіння алюмінієва жила без оболонки піддається безпосередньому впливу повітря пожежного поля. З огляду на високу температуру й адгезію структура дроту змінюється, а міцність при розриві відповідно зменшується, що може призвести до серйозних пошкоджень дроту, включаючи зламані пасма та переломи, і його більше не можна використовувати. Щоб вирішити проблему, пов’язану з важкою оцінкою експлуатаційних характеристик ліній електропередач після пожежі, механічні характеристики останніх в умовах лісової пожежі вивчаються за допомогою теорії та моделювання і можуть бути виражені кількісно. Запропоновано створити посібник із механічного проєктування проводів в умовах гірської пожежі та вдосконалити систему онлайн-моніторингу проводів ліній електропередач у цих умовах.

Ключові слова:гірська пожежа, лінії електропередач постійного струму, механічні властивості, термоструктурний зв’язок.

"Міцність зчеплення з емаллю самопротравлювальних адгезивів з активним застосуванням фототерапії: пілотне дослідження", Проблеми міцності, № 3, 140-140, (2024)

Оцінено вплив активного застосування самопротравлювальних адгезивів із фототерапією на міцність емалевого з’єднання. Шістдесят різців великої рогатої худоби, індивідуально вставлених в акрилові блоки, було розділено на дві групи відповідно до використаної адгезивної системи: група 1, AEO (Adper Easy One), і Група 2, CSEP (Clearfil SE Protect). Відповідно до техніки нанесення самопротравлювальних клеїв кожну основну групу було поділено на три підгрупи (􀝊 􀵌 10): пасивне нанесення (РА), активне нанесення (АP) та активне нанесення з фототерапією (РАА). Випробування міцності зв’язку на зсув (SBS) проводили за допомогою універсальної випробувальної машини. Дані аналізували за допомогою двостороннього дисперсійного аналізу з подальшим постфактум множинним порівнянням за допомогою тесту Tukey HSD. Статистичний аналіз розподілу режимів відмов проводився з використанням критерію 􀟯􀬶 (􀝌 􀵏 0,05). Двосторонній дисперсійний аналіз не виявив значущих відмінностей ні в клейових системах (􀝌 􀵌 0,797), ні в техніці нанесення (􀝌 􀵌 869). Аналогічно, тест 􀟯􀬶 не виявив суттєвих відмінностей у розподілі режимів руйнування, що стосуються обробки поверхні (􀝌 􀵌 0,905). Використання фототерапії у вигляді діодного лазера для активного нанесення протестованих самопротравлювальних адгезивів продемонструвало подібні початкові характеристики зв’язку з емаллю, як і традиційні методи нанесення.

Ключові слова:фототерапія, міцність з’єднання на зсув, активне нанесення, самопротравлювання, емаль.