Анотація до роботи:

Караїм В.С. „Тріщиностійкість конструкційних матеріалів і їх зварних зєднань в умовах статичного та ударно-втомного навантажень”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04 – Механіка деформівного твердого тіла. – Львівський державний аграрний університет, м. Дубляни, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню поведінки конструкційних матеріалів і їх зварних з’єднань за умов статичного та ударно-втомного навантажень в процесі випробувань балкових зразків з концентраторами напружень – тріщинами після їх деформування згином на консолі на розробленій восьмимісній установці з врахуванням схеми базування, режимів деформування, дії покриття, рідинних середовищ тощо. Розроблено методику ударно-втомного руйнування консольної балки, защемленої біля концентратора з записом діаграми руйнування (сила-деформація Р-e). Отримано розв’язки задачі щодо визначення коефіцієнта інтенсивності напружень (КІН) при ударно-втомному згині балки, защемленої біля концентратора за постійної сили згину Р або постійної стріли прогину f, а також для схеми триточкового згину балки з боковою тріщиною у вертикальному та косому швах стикових зварних з’єднань. Встановлено механізми підвищення К_1с сталей 45 і У8 після нанесення у вершину тріщини електролітичного покриття на основі олова, свинцю і кадмія з добавками інгібітора і зниження К_1с у рідинних середовищах, зокрема, оливі МС-20 і морській воді (4%-ному розчині NaCl) порівняно з К_1с в повітрі для цих сталей. За силовим К_1с і деформаційним d_с критеріями механіки руйнування досліджено міцність вертикальних і косих швів стикових зварних з’єднань із сталі 50 залежно від гостроти концентратора, а також кінетику поширення тріщини в них. Запропоновано технологію електроконтактного зварювання стикових з’єднань рейок трамвайних колій з косим швом і подано техніко-економічне обґрунтування переваг їх міцності та зносостійкості порівняно з вертикальним швом.

Ключові слова: тріщиностійкість, ударно-втомна міцність, тріщина, балка, згин на консолі, шов, зварне з’єднання.

1. Розроблено методики з відповідним технічним спорядженням (установкою, пристроями і контрольно-вимірювальною технікою) для визначення опору поширенню тріщини в конструкційних матеріалах і їх зварних з’єднаннях за умов статичного та ударно-втомних навантажень.

2. Розроблено восьмимісну установку для реалізації ударно-втомних випробувань балкових зразків з боковим концентратором згином на консолі від ексцентрикових розподільних валів двигуна внутрішнього згоряння автомобіля ЗІЛ-131 з V-подібним розташуванням поршнів. Запропонована схема дозволяє проводити дослідження вязкості руйнування і кінетики росту тріщини із записом діаграми циклічного деформування балки згином на консолі, що защемлена біля концентратора.

3. За даними експериментальних досліджень при м’якому деформуванні балкового зразка з боковим концентратором згином на консолі виявлено більший час на зародження тріщини і меншу швидкість її підростання у порівнянні з жорстким деформуванням за сталої стріли прогину f. Слід зазначити, що для обох схем ударно-втомного деформування шляхом підбору зусилля стиснення пружини Q_ст і прогину балки f, а також утворення певної довжини тріщини можна досягти сталої швидкості її росту, або навіть зупинки, що важливо для практики вивчення процесів зародження та поширення тріщин у конструкційних матеріалах, сплавах і зварних з’єднаннях.

4. Розроблено теоретико-експериментальну інженерну методику оцінки міцності стикових зварних з’єднань на балкових зразках з боковою тріщиною у металі прямого та косого (a=45) швів за силовими (К_1с) і (К_1сmах) критеріями тріщиностійкості. Теоретично узагальнено підрахунок коефіцієнта інтенсивності напружень за формулою К_1mах=К_I+К_II на випадок розташування бокової косої тріщини в металі косого шва у призматичному балковому зразку стикового зварного з’єднання. Тут складові К_І і К_ІІ – критичні значення КІН для тріщини нормального відриву та поздовжнього зсуву відповідно.

5. Встановлено механізм підвищення тріщиностійкості (К_1с) металу після електролітичного покриття на основі олова, свинцю і кадмію з добавкою інгібітора внаслідок притуплення вершини тріщини, що проходить за рахунок хемосорбційної взаємодії атомів комплексного покриття заданого хімічного складу з ювенільними поверхнями металу у вершині тріщини. Практично повне зникнення адсорбційно-розклинюючого ефекту в зоні максимальних розтягуючих напружень у вершині тріщини балкового зразка в кінцевому випадку зумовило дифузійне формування зміцнених шарів нового металу з підвищеними фізико-механічними властивостями. Таким чином покриття на основі олова, свинцю і кадмію з добавкою інгібітора можна використовувати як засіб для продовження працездатності виробів з врахуванням реальних умов їх експлуатації.

6. Виявлено основні закономірності впливу середовища на статичну та ударно-втомну тріщиностійкість сталей 45 і У8 в повітрі, оливі МС-20, морській воді та 4%-й розчин NaCl. Розкрито механізм зниження тріщиностійкості цих сталей в рідинних середовищах, особливо, в 4%- му розчині NaCl порівняно з їх тріщиностійкістю у повітрі, на основі адсорбційно-розклинювального ефекту (ефекту Ребіндера) в зоні максимальних напружень у вершині тріщини за рахунок взаємодії молекул середовища з ювенільними поверхнями металу, який проявляється тим істотніше, чим більше вмісту вуглецю в хімскладі сталі (сплаву) і вища її твердість.

7. Розроблено методику дослідження міцності стикових зварних з’єднань на балкових зразках з боковою тріщиною у прямому чи косому швах стикових зварних з’єднань за силовим (К_1с) і деформаційним (d_с) критеріями тріщиностійкості з урахуванням гостроти дна концентратора у шві та геометрії шва. Виявлено, що руйнування зварного з’єднання з косим швом відбувається при більшому руйнівному зусиллі Р=Р*, ніж для зварного з’єднання з прямим швом.

8. Вперше розроблено ефективний спосіб підвищення тріщиностійкості зварних з’єднань рейок на основі електроконтактного зварювання шляхом формування косого стикового шва в площині, нахиленій під кутом a=45 до поздовжньої і поперечної осей, який дозволяє підвищити до 40% тріщиностійкість косого шва порівняно з прямим швом стикових зварних з’єднань, а також досягнути зносостійкості тіла шва до рівня зносостійкості тіла рейки.

Публікації автора:

1. Караїм В.С., Панько О.І., Когут М.С., Лебідь Н.М. Визначення КІН при згині консольної балки з боковою тріщиною біля защемлення // Вісник Тернопільського державного технічного університету. – 2003. - Т.8, - №1. - С. 29-35.

2. Когут М.С., Караїм В.С., Лебідь Н.М., Панько О.І. Оцінка міцності стикових зварних зєднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості // Проблемы прочности. – 2003. - №2. – С. 147-155.

3. Караїм В.С., Когут М.С. Установка для ударно-втомних випробувань балкових зразків згином на консолі // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні”, Вип. 422. – 2001. - С. 56-61.

4. Караїм В.С, Лебідь Н.М. Вплив режимів та способів навантаження на ударно-втомну міцність балкових зразків, деформованих згином на консолі // Вісник Львівського державного аграрного університету „Агроінженерні дослідження”. – 2002. - №6. – С. 179-184.

5. Когут М.С, Лебідь Н.М, Караїм В.С, Кунинець І.М. Методика визначення міцності стикових швів зварних зєднань рейок // Вісник Львівського державного аграрного університету „Агроінженерні дослідження”. – 2001. - №5. – С. 150-160.

6. Караїм В.С., Когут М.С, Лебідь Н.М. Тріщиностійкість сталей 45 і У8 в повітрі та рідинних середовищах // Вісник Львівського державного аграрного університету „Агроінженерні дослідження”. – 2004. - №7. – С. 41-49.

7. Когут М.С., Караїм В.С., Лебідь Н.М., Ванкевич П.І. Стикове зєднання рейок / Патент України № 2002031978; Заявл. 15.04.2002 р.

8. В.С.Караїм, Н.М.Лебідь Підвищення статичної та ударно-втомної тріщиностійкості сталей 45 і У8 електролітичним методом / Збірник наукових праць. Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. – Львів, Каменяр, Вип.5. – 2003. – С. 39-43.

9. Караїм В.С. Ударно-втомна міцність балкових зразків з боковим надрізом із сталі 45 // Збірник тез наукової конференції аспірантів та здобувачів Львівського державного аграрного університету за результатами науково-дослідної роботи. – Львів, 2003, - С. 14.

10. Караїм В.С. Тріщиностійкість сталі У8 в морській воді при статичних і втомних навантаженнях. Збірник наукової конференції аспірантів та здобувачів Львівського державного аграрного університету за результатами науково-дослідної роботи. – Львів, 2004. – С.13.

11. Караїм В.С., Когут М.С. Методика дослідження ударно-втомного руйнування консольної балки, защемленої біля концентратора. Праці ХІІІ Міжнародного колоквіуму “Механічна втома матеріалів”„IS MFM”. Тернопіль, Україна, 25-28 вересня 2006. – С.138-145.

12. Когут М.С., Караїм В.С. Обґрунтування схеми консольного згину балки з боковим надрізом на стадії ініціювання втомної тріщини при асиметричному циклі. // Вісник Львівського державного аграрного університету „Агроінженерні дослідження”. 2006. - №10. – С. 395-401.