Моделирование повреждений сварных конструкций в экстремальных условиях эксплуатации

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.

1. 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.

2. 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.

3. Ачикасова В.С., Лепов В.В. Низкотемпературный вязко-хрупкий переход и внутреннее трение // Наука и образование. 2015. № 1. С. 75–77.

4. Broberg K.B. 1990, Computer demonstration of crack growth, Int. J. Fracture 42, 277–285.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Logg A., Mardal K.A., Wells G.N. Automated solution of differential equations by the finite element method, Springer, 2012.