Анотація до роботи:

Олішевська В.Є. Тріщиностійкість і механізм руйнування шарових металевих матеріалів, отриманих зварюванням вибухом. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. – Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2003.

Дисертація присвячена встановленню закономірностей руйнування шарових композиційних матеріалів, отриманих зварюванням вибухом, визначенню напружено-деформованого стану та тріщиностійкості композицій з використанням критеріїв механіки руйнування, удосконаленню методів моделювання тріщиностійких матеріалів. Розроблено методику автоматизованого розрахунку статичної тріщиностійкості шарових матеріалів, що враховує особливості побудови границі з’єднання шарів і властивості металу шва й колошовної зони. Проведено чисельне моделювання руйнування багатошарових матеріалів при статичному навантаженні на основі методу кінцевих елементів. Проведено експериментальне дослідження шарових матеріалів, яке показало, що ШКМ із визначеним співвідношенням физико-механічних властивостей шарів дозволяють підвищити статичну тріщиностійкість на 28...86 %, а довговічність в умовах багатоциклового навантаження – у 1,5 рази. Вивчена кінетика росту втомлених тріщин, встановлено гальмування та зупинка тріщин міжшаровими поверхнями розділу. Результати проведеного дослідження показали, що застосування ШКМ, отриманих зварюванням вибухом, як способу раціонального конструктивного гальмування зростаючих тріщин є важливим засобом підвищення опору руйнуванню.

1. Аналіз літературних даних по руйнуванню конструкційних матеріалів показав, що одним із шляхів рішення проблеми підвищення надійності і довговічності конструкцій і деталей машин може бути застосування шарових композиційних матеріалів. Створення шарових композиційних матеріалів підвищеної тріщиностійкості вимагає застосування нових критеріїв надійності – оцінки здатності шарового матеріалу опиратися поширенню тріщини. Як такий критерій використано критерій механіки руйнування – коефіцієнт інтенсивності напружень.

2. Зварювання вибухом шарових композицій із шарів металів з різними фізико-механічними властивостями, дозволяє одержувати матеріали з високою в'язкістю руйнування.

3. Експериментально і теоретично доведена можливість підвищення тріщиностійкості конструкційних матеріалів шляхом використання шарових композицій, що мають у своїй структурі бар'єри – границі шарів, створені зварюванням вибухом, і високопластичні прошарки. Заміна монометалу біметалом, що має границю з'єднання шарів, дозволила збільшити тріщиностійкість матеріалу при статичному навантаженні на 86 %. Заміна монометалу триметалом із проміжним пластичним прошарком збільшила статичну тріщиностійкість на 28 %.

4. Експериментально досліджені процеси і механізми руйнування шарових композиційних матеріалів, отриманих зварюванням вибухом. Показано, що руйнування обумовлене локалізацією деформації в поверхневих шарах, супроводжуваною формуванням бугра деформації й утворенням западини.

5. Установлено, що руйнування носить дискретний характер і являє собою поєднання пір і розривів в області локальної пластичної деформації; траєкторія руху тріщини має складну конфігурацію, викликану її розгалуженням і гальмуванням тріщини біля перешкоди (границі розділу).

6. Установлено, що великий вплив на процес руйнування в шарових матеріалах має різниця фізико-механічних властивостей шарів, що складають композицію. При пружному деформуванні визначальне значення має співвідношення меж пружності. З погляду гальмування руйнування переважною є композиція, у якій тріщина, що поширюється, переходить з матеріалу з більш низьким модулем пружності в матеріал з більш високим модулем, тому що в цьому випадку відбувається зміна напряму руху тріщини і її перехід у міжшарову.

7. Показано, що тріщиностійкість шарових композиційних матеріалів залежить від параметрів зварювання вибухом. Збільшення тиску в зоні зіткнення приводить до зниження статичної тріщиностійкості шарових композицій.

8. Розроблено методику і комплекс програм (з використанням методу кінцевих елементів), що дозволяють виконувати аналіз пружно-деформованого стану тіла з тріщиною і розрахунок критеріїв руйнування. Методика може бути застосована до традиційних конструкційних матеріалів і до шарових композицій. Методика дозволяє розраховувати як силові, так і енергетичні характеристики тріщиностійкості матеріалів. Виконано розрахунки для сталі 45 і шарових композиційних матеріалів на її основі. Відхилення чисельних результатів від експериментальних склало не більше 8 %.

9. Методика розрахунку напружено-деформованого стану і критеріїв руйнування шарових композиційних матеріалів, отриманих зварюванням вибухом, впроваджена в Державному трубному інституті. Використання даної автоматизованої методики розрахунку статичної тріщиностійкості дозволяє забезпечити на стадії проектування композиційних конструкцій і вузлів необхідну надійність конструкційних матеріалів, одержати значну економію енергоносіїв і засобів, що витрачаються на експериментальне доведення досвідченого зразка.

Публікації автора:

1. Дидык Р.П., Агальцева В.Е. Оценка хрупкой прочности модельных слоистых металлических композиций, полученных сваркой взрывом / Высокоэнергетическая обработка материалов. Сборник научных трудов. В 2 - х т. Т.2. -

Днепропетровск: ГГАУ, 1995. - С. 3 - 8.

2. Дидык Р.П., Грязнова Л.В., Олишевская В. Е. Возможный механизм развития трещин в слоистых конструкциях/Науковий вісник НГАУ, 1998.- № 1. - С. 67-69.

3. Дидык Р.П., Грязнова Л.В., Олишевская В. Е. Кинетика роста усталостной трещины в биметаллах, сваренных взрывом // Науковий вісник НГАУ, 2000. - № 5. - С. 50 - 53.

4. Дидык Р.П., Олишевская В. Е., Босов А.А. Моделирование многослой-

ных композиционных материалов повышенной трещиностойкости // Системні технології. Випуск 3 (14). - Дніпропетровськ, 2001. - С. 3 - 5.

5. Олишевская В. Е. Моделирование слоистых трещиностойких материалов // Вибрации в технике и технологиях, 2001. - № 3 (19). - С. 39 - 40.

6. Олишевская В. Е. Исследование вязкости разрушения слоистых композиционных материалов // Науковий вісник НГАУ, 2001. - № 6. - С. 54 - 57.

7. Дидык Р.П., Грязнова Л.В., Олишевская В. Е. Получение многослойных конструкций повышенной трещиностойкости сваркой взрывом // Науковий вісник НГАУ, 2002. - № 1. - С. 50 - 53.

8. Дидык Р.П., Агальцева В.Е. Экспериментальное исследование характеристик трещиностойкости многослойных композиций, полученных сваркой взрывом // Материалы VI международной научно-технической конференции “Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий”. - Запорожье, 1995. - Ч. 2. - С. 32.

9. Дидык Р.П., Олишевская В. Е. Влияние свойств границы раздела при сварке взрывом на кинетику роста усталостной трещины // Матеріали II Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю “Людина і космос”. - Дніпропетровськ, 2000. - С. 190.

10. Дидык Р.П., Олишевская В. Е. Вязкость разрушения трещиностойких конструкций, полученных взрывом // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сборник научных трудов. Выпуск 10. - Днепропетровск, 2000. - С. 138 - 139.

11. Дидык Р.П., Олишевская В. Е., Олишевский Г.Г. Численное моделирование процессов упруго-пластического деформирования и разрушения многослойных материалов // Матеріали III Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю “Людина і космос”. - Дніпропетровськ, 2001. - С. 222.

12. Олишевская В.Е. Сопротивление разрушению биметаллических композиций, полученных сваркой взрывом // Матеріали IV Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю “Людина і космос”. - Дніпропетровськ, 2002. - С. 268.

13. Дидык Р.П., Олишевская В.Е. Теория и практика повышения трещиностойкости конструкционных материалов // Материалы международной научно-технической конференции “Проблемы механики горно-металлургического комплекса”. - Днепропетровск, 2002. - С. 82.

14. Олишевская В.Е. Исследование механизма разрушения и трещиностойкости слоистых композиционных материалов, полученных сваркой взрывом // Матеріали V Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю “Людина і космос”. - Дніпропетровськ, 2003. - С. 115.

Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві: За результатами дисертації опубліковано три самостійні роботи [5, 6, 12]. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належить: у роботах [1, 8] визначення ударної в'язкості композиційних матеріалів і проведення вимірів параметрів границі з'єднання шарів; у роботах [2, 3, 7, 9, 13] дослідження кінетики втомленого руйнування шарових композицій, отриманих зварюванням вибухом; у роботі [10] проведення експериментального дослідження статичної тріщиностійкості шарових матеріалів і обробка результатів; у роботах [4, 11] чисельне моделювання багатошарових композиційних матеріалів і аналіз напружено-деформованого стану і характеристик тріщиностійкості матеріалів.