resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-616Research ArticleМатериаловедениеMaterials scienceМоделирование повреждений сварных конструкций в экстремальных условиях эксплуатацииDamage Modeling of Weld Structures in Extreme ConditionsБисонгМ СBisongMbelle Samuel

BISONG Mbelle Samuel– преподаватель кафедры сварки

mbellesabi@yahoo.comЛеповВалерий ВалерьевичLepovValeriy Valer’evich

ЛЕПОВ Валерий Валерьевич – д.т.н., зам. директора

lepov@iptpn.ysn.ruСивцевПетр ВасильевичSivtsevPetr Vasil'evich

СИВЦЕВ Петр Васильевич – аспирант

lepov@iptpn.ysn.ruГоликовНиколай ИннокентьевичGolikovNikolai Innokent'evich

ГОЛИКОВ Николай Иннокентьевич – к.т.н., в.н.с.

lepov@iptpn.ysn.ruМахароваСусанна НиколаевнаMakharovaSusanna Nikolaevna

МАХАРОВА Сусанна Николаевна – к.т.н., с.н.с.

lepov@iptpn.ysn.ruУниверситет ДуаляКамерунUniversity of DoualaCameroonИнститут физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАНРоссияLarionov Institute of Physical and Technical Problems of the North SB RASRussian FederationИнститут математики и информатики Северо-Восточного федерального университета им. М.К. АммосоваРоссияInstitute of Mathematics and Informatics, North-Eastern Federal University named after M.K. AmmosovRussian Federation201713012025223616Copyright © Бисонг М.С., Лепов В.В., Сивцев П.В., Голиков Н.И., Махарова С.Н., 20252025Бисонг М.С., Лепов В.В., Сивцев П.В., Голиков Н.И., Махарова С.Н.Bisong M.S., Lepov V.V., Sivtsev P.V., Golikov N.I., Makharova S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/616

Представлены результаты экспериментального и численного моделирования влияния неоднородности и дефектов в сварном соединении стальных образцов на вероятность разрушения конструкций, эксплуатирующихся в экстремальных условиях, включая низкие температуры эксплуатации, тепловые удары, коррозию, ненадлежащее техническое обслуживание. Использованы методы металлографического анализа, механических испытаний, измерения микротвердости, конечноэлементное моделирование напряженно-деформированного состояния и стохастическое моделирование роста трещины. Показано, что распределение и концентрация напряжений не всегда могут служить надёжным указателем мест вероятного разрушения конструкции. Неоднородности в виде сварных швов, обладающих отличающимися механическими характеристиками и содержащих дефекты в виде микропор и микротрещин, обуславливают ускоренное развитие повреждений и выход из строя узла конструкции и технической системы. В связи с этим для исключения случаев катастрофических разрушений и аварий сложных технических систем необходимо изменение существующего подхода к оценке опасности стальных конструкций, эксплуатирующихся в экстремальных условиях, и организация их постоянного мониторинга.

The experimental modelling and numerical analysis of stress-strain state and fracture of lowalloyed welded steel samples test has been considered. The mechanical tests include tension and low-cycling fatigue of small welded steel probes. The mechanical heterogeneity has been estimated by the micro hardness test. The analysis include FEM of stress-strain state of inhomogeneity welded probes and stochastic modelling of cracks coalescence and growth. It has been shown that the stress and strain distribution could not be only criterion for estimation of possible failure places but it is necessary to take into account the inhomogeneity and defects in weld and heat affected zone also. Last ones are responsible for acceleration of damage accumulation and crack growth in steel structures. Thereby for exclude the catastrophic breakdown and failure of complex engineering systems the change of legacy approach to estimation of steel structures and organisation of constant surveillance are recommended. This research is beneficial to welders, modellers of structures, researches as a whole.

повреждениесварной шовзона термического влияниямодуль упругостимик- ротвердостьчисленное моделированиеметод конечных элементовнапряженно-деформированное состояниестохастическое моделированиетрещинаразрушениеdamagesteel weldingheat affected zoneelasticity modulusmicrohardnessnumerical modellingFEMstress-strain statestochastic modellingcrackfractureРабота выполнена при частичной поддержке фонда РФФИ (проект № №15-41-05010) и программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук (проект III.28.1.1) с использованием оборудования ЦКП «Станция натурных испытаний» ИФТПС СО РАН.ReferencesЛепов В.В., Ачикасова В.С., Иванова А.А., Лепова К.Я. Структурный подход к многомасштабному моделированию эволюционных процессов в материалах с внутренней микроструктурой // Наука и образование. 2015. № 4. С. 82–87.Лепов В.В., Ачикасова В.С., Иванова А.А., Лепова К.Я. Структурный подход к многомасштабному моделированию эволюционных процессов в материалах с внутренней микроструктурой // Наука и образование. 2015. № 4. С. 82–87.Григорьев А.В., Лепов В.В., Тагров В.Н. Оценка ресурса элементов железнодорожной техники, эксплуатирующейся в условиях низких климатических температур // Наука и образование. 2014. № 1. С. 35–39.Григорьев А.В., Лепов В.В., Тагров В.Н. Оценка ресурса элементов железнодорожной техники, эксплуатирующейся в условиях низких климатических температур // Наука и образование. 2014. № 1. С. 35–39.Ачикасова В.С., Лепов В.В. Низкотемпературный вязко-хрупкий переход и внутреннее трение // Наука и образование. 2015. № 1. С. 75–77.Ачикасова В.С., Лепов В.В. Низкотемпературный вязко-хрупкий переход и внутреннее трение // Наука и образование. 2015. № 1. С. 75–77.Broberg K.B. 1990, Computer demonstration of crack growth, Int. J. Fracture 42, 277–285.Broberg K.B. 1990, Computer demonstration of crack growth, Int. J. Fracture 42, 277–285.Lepov V., Ivanova A., Achikasova V., Lepova K., 2007, Modeling of the damage accumulation and fracture: structural-statistical aspects, Key Engineering Materials 345–346, I, 809–812.Lepov V., Ivanova A., Achikasova V., Lepova K., 2007, Modeling of the damage accumulation and fracture: structural-statistical aspects, Key Engineering Materials 345–346, I, 809–812.Lepov V., Grigoriev A., Achikasova V., Lepova K., 2016, Some Aspects of Structural Modeling of Damage Accumulation and Fracture Processes in Metal Structures at Low Temperature, Modelling and Simulation in Engineering 2016, 7178028.Lepov V., Grigoriev A., Achikasova V., Lepova K., 2016, Some Aspects of Structural Modeling of Damage Accumulation and Fracture Processes in Metal Structures at Low Temperature, Modelling and Simulation in Engineering 2016, 7178028.Lepov V., Mbelle S.B. Microhardness and Elasticity Study of Fatigue Tested Weld Samples // DEStech Transactions on Engineering and Technology Research. International Conference on Mechanical and Mechatronics Engineering (ICMME 2017), 2017, 8611.Lepov V., Mbelle S.B. Microhardness and Elasticity Study of Fatigue Tested Weld Samples // DEStech Transactions on Engineering and Technology Research. International Conference on Mechanical and Mechatronics Engineering (ICMME 2017), 2017, 8611.Logg A., Mardal K.A., Wells G.N. Automated solution of differential equations by the finite element method, Springer, 2012.Logg A., Mardal K.A., Wells G.N. Automated solution of differential equations by the finite element method, Springer, 2012.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.