Конструкционная мощность жаростойких материалов при высоких температурах тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

НАЦЮНАЛЬНА АКАД5М1Я НАУК УКРАШ 1НСТИ1УТ ПРОБЛЕМ М1ЦНОСЙ

* 01

- 5 сен да На правах рукопйсу

Алексюк Михайло Миронович

КОНСТРУШЦЙНА М1ЦН1СТЬ ЖАРОСТ1ЙКИХ МАТЕР1М1В ПРИ ВСОКЖ ТЕМПЕРАТУРАХ

01.02.06 - Динамтка, мтцнхсть машин, приладгв та апаратури.

АВТОРЕФЕРАТ дисертац11 на здобуття вченого ступеню доктора техшчних наук

КИ1В 1994

Робота виконана в 1нститут1 проблем мхцност! HAH Украхни

Науковий консультант:

академ1к HAH Укра1£ни, доктор технхчних наук, професор Г.С.ПИСАРЕНКО

0ф1цхйн1 опоненти: член-кореспондент HAH Украхни, доктор

■ф1эико-математичних наук, професор C.A.&tPCTOB,

доктор техн1чних.наук, професор Г.В.ИСАХАНОВ,

доктор техичних наук, професор В.С.ДЗША.

Пров1дна орган1защя: 1нститут надтвердих матерталтв HAH Украп

У

с ъгргсшл

,1994р.

ОЗО

О ^ Г0ДИН1

Захист В1дбудеться " на зас1данн1 спещал1Эованох вчено1 ради Д 016.33.01 при 1нститутх проблем мхцностх HAH Украхни- за адресов: 252014, Ки1в-14, вул. Тимхрязевська, 2.

3 дисертащею можна ознайомитись в бгблхотещ Институту проблем м1цност1 HAH Украхни Автореферат роз!Сланий " Q- " CJJ-pn и. iA

,1994р.

Вчений секретар_ спец1ал1зовано1 вчено1 ради доктор техн!чних наук

Ф. Ф.Гйгиняк

П1дп. до др. 18.07.У^. Формат 60x8^/16. Пап1р офо. Офс.дв Умов^.др.арк. 1,Ь2. Умов". кр.-в!дб. 1,64. Обл.-вид. арк 1,63. Тираж 100 прим. Замовл. № ИЪ9. F

д!льмщя ротапри^т^ого друкува^ня BJffI IIIMiu jjah УкраУни 2S2011», Ки1в-14, вул .Тим! рязевська, 2.

Актуальность роботи. Розвиток сучасног технгки проходить у напрямку ■ пхдвигцення економгчшн ефективностг машин, що пов'язано хз зб1льшен- : ням 1х виробництва та надхйностх.

Зростання потужностх частоте всього добуваеться за рахунок пхд-вшдення параметров виробництва, що потребуе збхлыпення напруги,швид-костх, температур.

Зростання робочих параметров знижуе над1йнхсть конструкхцй х II стаб1Л1зац1я, а тим б1льше П1двищення, потребуе додаткового ма-терхалу.

Поеднання протиречних потреб збхлыпення М1Цност1 та зниження матер1алоемкост1 машин можливо виконати за рахунок створення нових, б1льш М1цних та жорстких матероалIв або розробки методов б1льш ефек-тивного використання матер1ал1в в конструкщях.

В першому випадку, задача створення нових матероалов належить матероалознавству, що разглядаеться в цой робот1 другорядно, а в другому- в оо головною темою, для виконання яко1 використовувалися вс1 представлен1 досл1дження.

Суть дисертацоо полягае в розробщ нових методов та засоб1в вивчення законом1рностей поведонки найб:слып перспективних жаромоц-' них матерхалхв П1д термомеханочнии навантаженням I створення на IX основ1 методхв прогнозу високртемпературно!£ моцност1 конструкщй та подвшцйння IX над1йностх за рахунок радиального вибору умов навантаження та структур« матерхалу.

Постановка тако1 задач1 науково та економхчно актуальна, тому що дозволяв домогтися головно1 цоло-зболыпення М1цносноо ефектив-носто використання матер1алов в конструкщях енергетично1 техн1ки з наименьшими витратами коштIв о часу.

Мета роботи. Гйдвищення мхцностх:, над1йност1 високотемпературних конструкцой шляхом експериментального виб1ру найбольш перспективних жаромхцних матер1ал1в, винайдення закономорностей 1хруйнування,на основ! яких розробка методхв зболыпення конструкцойноо моцносто за рахунок встановлення вимог оптимального напруження та щлеспрямова-ного удосконалення структури матероалов, а також вибхр найбольш ра-Ц10нальн01 форми високотемпературних конструкцой.

В межах поставленно1 мети в poбoтi сформульованг та вир1шен1 так1 задачх: .

I. Розроблено методики та створено експериментальне обладнання для вивчення механхчних властивостей перспективних жаром1Цних матероалов в д1апазон1 температур 300...3000К та швидк:гстей деформування КГ4...

10 с"1, а також умов дй" окисних хомочних середовшд.

2. Проведен! експериментальнх дослхдження мехамчних властивостей та встановлен! основнх законом1рност1 повед1нки металевих, неметалевих та компоэиц1йних материал1в в умовах термомехантчного навантаження.

3. Розроблена,на основ1 анал1зу експериментальных данних,модель уяв-лення високотемпературного руйнування пол1кристал1чних матер1ал1в, враховуючи структурну будову матер1алу та II зм1ну в процес1 термо-механ1чного навантаження.

4. Розроблеш ,на основ1 модел1 високотемпературного руйнування,метод розрахунку високотемпературно1,м1цност1 р1зних жаром1цних метал1чних та композтцйних матер1ал1В х знайдеи умови оптим1зац11 IX конструн щйн01 М1цносно1 над1йност1.

Наукова новизна. Розроблен1 науков1 основи створення нових методик та обладнання для екслериментальних досмджень високотемпературноз: м1цност1 жарост1йких матер!ал1в. I. Створений новий метод к1льк1сно1-оцшки р1вня екпериментальних данних, необх1дних для виконання заданого наунового досл1дження I способ вибору оптимальних конструкщй випробувальних засоб1в, здат-них видатутаку ¿нформавдю.

2. Установлен! законом1рност1 зм1н м1цносних та деформащйних якос-тей найбхльш перспективних металевих, неметалевих та композ1ц}йних матер1ал1в гид Д1ею термомехангчного навантаження. .

3. На основ! знайдениа закономерностей руйнування композищй розроб-лена конструкция нового композ1Ц1йного матер1алу з шдвищеною мщ-н1стю та трщиност1йк1стю.

4. На основ1 знайдених законом1рностей розроблена нова модель високо температурногоруйнування пол1кристал1чних та композ!цхйних матер1а-Л1в з урахуванням ефекту локального посилення напруги в М1сцях виник неня|Отруктурних дефектхв, виконуючих роль концентратор1в напруги, як1 посл1довно посилюють напругу в локальнйх зонах, доводячи II до р1вня $1зично1 м1цност1 материалу. Щ дефекти створюються внасл1Док температурного та деформащйного перетворення структури або особли-востей технолога виробництва матер1ал1в.

5. На основ1 створено1 моделг руйнування розробленг нов1 розрахунко-В1 методики прогнозування та оптимизацИ м1Цностх металевих, неметалевих та композиц1йних матер1ал1В, працюючих при високих температурах, а також в контакт! з ххмгчно активними середовищами.

6. Запропонований метод оптимизащё М1ЦНост1 конструкц1й за рахунок зм1ни вимог навантаження, конструкщйних форм та структури матер1алу

Лракгична цхннхсгь уоботм, полягае в тому, щр на ochobí розробленого методу оптимального конструювання, створений комплекс високотемпера-гурних влпробувальних машин (12 штук), дозволявчих проводите рхзно-лан1тн1 механхчнх випробування в дгапазон! -температур 300...3000К, хри рхзнлх швидкостях деформування та flii ххмхчних активних середовшц.

Виконаний великий обсяг нових експериментальних досл1джень, по результатам яких знайденх закономхрност1 поведении жарост1йких мате-рхал1в, таких як W, Мо, bté, Fe та сштвхв на i'x ochobí, а також иеталхчних та вуглецевих композиц1йних материалхв. Знайден! умови за-:тосування цих матер1ал1в для високотемпературних конструкщй.

В результат! анал1зу умов руйнування комлозщ1йних материалхв, розроблеи методи прогнозуючих розрахункхв míuhoctí з урахуванням мщ-тосного ресурсу армуючих волокон та матр1чних матер1ал1в в залежност1 Э1Д технолог11 виготовлення компонент!в та Bciei композиц11. Вллан! рекомендацН по вибхру оптимальних технологхчних режим1в виготовлення конструкщй з' композищйних матер1ал1в.

Як сл1дство анал1зу умов руйнування, створений новий тип безма-гричних композищйних материалхв, маючих суттево бхльшу М1цн1сть та

грщин0ст1йк1сть н1ж bíflomi.

На ochobí розробленого. методу ощннки високотемпературно1 м1цност1 знайден1 розрахунков1 засоби прогнозування míu¡hoctí та ii оптимизащх хля таких матер1ал1в, як метали, техн1чн1 граф!ти, керам1ки, техн1Ч-íe скло, композицхйн1 материали на пол1мерн1й та вуглецев1й ochobí. Запропонований метод прогнозування míiíhoctí матер1ал1В, працюючих в <1М1чно-активних середовищах, а також методика розрахушав темпера-гури холодоломк1СТ1 конструкцхй э трщинами.

Hobí випробувальн1 заходи та методики розрахункхв míqhoctí вив-^ених матерхалхв та конструкцхй впровадженх в практику таких opraHi-зац1й як: НДК1ЕТ (Москва), РНД1Ш (Москва), НД1АР (.Идмитровград), PlAM (06híhck), КВ"Щвденне" (Днхпропетровськ).

)пробац1я робота та публ1кащх. Основнх результати роботи докладались Всесоюзна рад1 "Физические и химические основы жаропрочности металлических материалов",1970р.(Нижн1й Новгород), на Всесоюзному ceMi-■mpi "Методика и техника реакторных и послереакторных экспериментов з радиационном материаловедении",1981р.(Димитровград),на Всесоюзному з'1зд1 по Teopii машин та механ1зм1в, 1962р.(Одеса), II Всесоюзний :импоз1ум по руйнуванню,1985р.(Житомир),на Всесоюзному симозхуме"Оборудование и средства для механических испытаний материалов",1987р. (Армав1р),на УН Всесоюзному ceMÍHapi по механицг полхмерних та ком-юзиц1йних матер!ал1в",1990р.(Pira).

- 4 - .

За результатами . ■ виконаних дослхджень опублхновано 82 роботи в журналах тз зб1рниках, 3 монограф1Х, 2 препринта, одержано 32 авторских св1дотства на винаххд по методам та засобам експериментальних дослхджень I конструкц11 композ1ц1йного матер!алу. Структура роботи. ДисертаЦ1я складаеться 13 введения, семи глав, заю лючення з актами про промислове впровадження результате роботи.

. Дисертасдя включае 300 сторгнок машинописного тексту, 103 1люстращ1 35 таблиць, списку використано1 л1тератури з 347 найменувань та до-датки.

Змтст роботи. РОзвиток енергетичноЗг технхки потребуе розробки нових метод1в конструювання, як1 б дозволили збгльшити ефективнхсть вико-ристання х:снуючих матер1ал1в.

У вступ! визначен1 загальн1 напрямки ршення задач по високотем-пературнхй мщност1 конструкщй з щллю забезпечення IX високоз: пра-цездатност1. Обгрунтована актуальнхсть роботи, наукова новизна та практична Ц1нн1еть, коротко викладений зм1ст роботи I приведен! св1-домост1 про впровадження виконаних дослхджень.

В перш1й глав1 проведен анал1з Д1ючих метод1в,винайдення характеристик м1цност1 та деформативност1. Показан1 сучаснх теор11 ощнки ды високих-температур на мщнхсть матер1ал1в на основ1 термодинамхч-них та термоактивних принципхв, показан! кордони дх1 1снуючих теор:гй в частин1 розкриття та ощнки впливу високих температур на мехаизми руйнування матерхал1в.

Показан1 1снуюч1 експ§риментальн1 метода визначення характеристик мщностх та IX недостатнхсть з точки зору сучасних експлуатагцй-них вимог пред'явлених до нових матерхал1в.

Визначенх перспективи розвитку дослхджень в галуз1 високотемпе-ратурно!£ М1ЦН0СТ1 та спрямованхсть подалышх теоретичних моделей. На Ц1й основ1 сформульован1 задач1 дослхджень та мета дисертащйнох роботи

Проблема мизначення мщкосних характеристик матерхалхв та конструкцхй виршуеться багатьма досл1дниками з рхзних позищй: експери-ментальнох та теоретично1. Накопичений науковий потенщал дозволяе розвивати науков1 дослхдження по мщност1 в напрямку об'еднання дх! окремих фактор1в в едину систему, дозволяючу оперувати узагальненими поняттями. Найб1льш1 досягнення в галузх техн1чно1 м1цност1 належать колективам Д0СЛ1ДНИК1В П1д кер1вництвом С.1.Журкова,0.А.1люшина, 1.А.0д1нга, В.В.Новожилова, Г.С.Писаренко, Ю,М.Работнова,Б.А.Мовчана. В,1.Треф1лова 6.1.Савицького, В.С.1вановох, С.0.Шестер1кова та 1н.

Дослхдження високотемпературно! мщност! розвивалися при актив-

пй участ1 таких вчених: 0. М. Бор-'здикй, В.М.Гемхнова, М.О.Кришталя, З.О.Борисенко, В.М.Кисел1вського, С.Т.М1лейко, М.А.Махутова, В.1.Ков-1ака, А.В.Соснхна та ::н.

Кзичн! та математичн1 модел1 мхцностх роздивлялись в роботах ■эких досл1дник!в: 6.Б.$1нкель, Ю.Я.Мешков, ВЛ.Трефглов, В.В.Владх-аров, Т.6кобор1, Д.Коллхнз та 1н.

Складн1сть та багатофакторнхсть процесу руйнування народило чис-;енн1 теорх!, грунтован1 на перевищенх межевого рхвня окремих показ-:ик1в, як^ мало допомогають розкриттю узагальнено1 сутх процесу руй-ування. Концепщ1 цих теорхй найчасише базуються на доминуванн1 кихось явищ, попереджаючих руйнування.

Критергальн! модел1 руйнування конструкцхй в б1льшост1 випадкхв ають приватний характер. Вони не завжди об'еднують параметра фхзич-ого та механхчного походження, Д1ю яких можно виявити експеримен-альними та теоретичними методами.

. Б1льш ефективно хде розвиток методхв визначення мщностх:, як! азуються на' в1домих положениях фхзики та механхки руйнування. Суть их мето.Д1в полягае в тому, що у реальних матер1ал1в,при напруженн1, 1дбуваеться релаксацтя напруги, шляхом пластично"! теч11 або створен-ям порожн1Х структурних дефектхв дхфузхйного або дз:слокац1йного по-олження. Цх дефекти ё концентраторами, як1 посл!повно I локально 1двищують номинальну напругу, доводячи 11 до критичного р1вня, за кий приймаеться мхцн1сть кристалхчно1 решгтки матерхалу (фхзична мщ-1сть). Таким чином, реальна М1цн1сть коне тру гад х може бути визначе-а як фхзична мщисть зменшеная пропорщйно показникам концентращ! апруги, викликано1 дефектами структури.

Математична апрокехмацхя модел1 процесу руйнування може служити * азою для створення методу прогнозу м1цност1 та оптим1зацх1 умов на-антаження, а також структури матерхалу, забезпечуючих найбхльшу мщ-Ёсть конструкщй.

Виконання Ц161 роботи проводилось в рамках наукових тем та зав-знь, обумовлених постановами директивних органхв.

В друг1й глав! описан1 ' .. . методичн1 основи оцхнки науково'1 а технхко-эконом1чно1 ефективностх 1снуючих та розробляемих випробу-зльних засобхв. Розробленз: прийоми оптимального проектування.з макси-сзацхею дослхдницких характеристик. Була сформульована суть випро-,гвально1 техники, на основ1 яко1 побудована загальна функциональна сема. Було показано, що вс1 випробувальн1 системи, не зважаючи на с конструктивну рхзноман1тн1сть, створюються по елин1й.функц1онахь-гй схем!, елементи якох структурно пов'язан! М1ж собою, а IX значи-

мхсть може бути ощнена в к1льк1сних показниках. Виходячи 13 мети досл1пжень, вибираються параметри розробляемих випробувальних установок, виходячизвимог эабезпечення максимально! ефективностх експе-риментальних дослхджень, як1 вт1люються в конкретну констругацйну форму. На 6a3i qiei методики був розроблений принцип якхсноЗЁ оцхнки випробувальних засобхв та ix оптимального конструювання, hki дозволили створювати випробувальне обладнання високого науково-технхчного р1вня з наименьшими затратами коптв i часу.

В трет!й глав1 описанх методики та в1дпов1дн1 випробувальн1 установки, для дослхдження високотемпературно1 мщностх та деформа-ц1йност1 персаектившх жаростойких матерхалхв та конструктивних еле-мент1в. ■ Наведен! . описания установок, призначених для випро-

бування матерхалхв при високих температурах в р1зних умовах наван-таження, в тому числ! в х1М1чно-активних середовищах. Деяк1 з них: Установка ПМ-IOO належить до машин,, де зразок розмхгцуеться в геметичнхй камерх, в захистному газовому середовипц або вакуум1 i нагр1ваеться до температур 2800К. Система вимхрювання дозволяв про-водити оцхнку розмирхв вздовж i поперек робочо! частини зразка.

Установка ПЩ-30 дозволяе випробувати зразки i3 захисним покрит-тям, до температур I300K в активних х1мхчних середовищах (кр1м фторо-mictkhx), (А,с 338815). Ii В1дм1ннхстю е розподхл випробувальнох та нагр1ваючо1 зонг оптично прозорою кварцевою перегородкою, пропуска-ючою променеву eHeprira для Harpiey зразка, але охороняючою нагрхвач В1Д Д11 х1мхчно-активнох середи.

Для високотемператупних (до 2000К) та шнифсхсних випробувань зразк1в (£ = 1СГ4...I02c_I) розроблена установка СД-40 (А.с 339837), що дозволяе навантажувати зразок механ1чним зусиллям з р1зною швид-kictk). Це здойснюеться за допомогою механхчного та пневмо-Г1дравл1ч-ного навантажувача (Мал. 1а.). •

Bei установки дозволяють проводити MexaHi4Hi випробування кон-струкц1йних: машергал1в при одноосному напруженому стан1, при рхзних р1внях температур' та. газових- середовищах. Робота установок проходить в полуавтоматичному' режимхт s нагрхвання" по заданхй rrporpaMi.

Четверта глава присвячена; методам та результатам високотемпера-туряих випробувань м:гцностг та- деформативнрем рхзномаитних жаро-мхцних матер1ал1в та визначенню головних закономхрностей впливу високих температур на механхчнг. характеристики.

Був виконаний комплекс експериментальних дослхджень мщност1 та деформативност1 тугоплавких металхв та сплавхв на ix ochobi, а також жаромхцних сталей на хромо-н1кел1ев1й основх (всього 13 мета-лхчних матер!ал1в).

Мал.1а. Принципова схема установки швил-кгсного деформування СД-40-

1-станина,2-електро-\ " •двигун приводу,3-ре-дуктор,4-черв'ячне колесо, 5-гвинтова колона механхзму деформування,6-ст1йка,7-поршень, 8-силова тяга,9-кла-впуску пов1тря,10-ка-мера стиснутого повхт-ря,П-перелгвна камера, 12-дросель,13-регу-лятор дроселя,14-галь-муючий лросель,15-кла-пан випуску повхтря, 16,17,18-повхтрян1 клапани, 19-випробу-вальна камера,20-зразок, 21,22-верхнхй та нижн1й захвати,23-ру— хома тяга,24-динамометр ,25-датчик дефор-мац1I,26-нагр1вач,27-екрани,28-токопхдводи, 29-охолоджу в аль ний стакан.

Мал.16. Принципова . схема установки для випрбування мхцностх адгез1йного зв'язку на зсув-ПСД-30.

1-кхльцевий зразок,2-зовншня вантажна,

3-притискуюча гайка,

4-внутршня вантажна штанга,5-центруючий

П1ПШИПНИК К0Т1ННЯ,б-

пружн1й елемент осьо-вого навантаження,7-навантажуючий гвинт, 8-планка,9-тяга,10-

0П1РНИЙ П1ДШИПНИК,II-шк1в механгзму кручения , 12-шпонка , 13-гнуч-ка тяга,14-направляючий ролхк,15-коромисло, 16-тяга,17-дхнамометр, 18-нерухомий важиль,19-вим1рювальнии поворотний важиль,20-датчик повороту,21-тензовим1рювальн1 датчики,22-трубчатий нагр1вач,23-токоп1дводи,24-термопара,25-вакуумна камера,26-герметичне уплотнения,27-смотрове в1Кно,28-штуцер пов1тряп1двода,29-1нд1каторна лампа,30-балон з нейтральним газом,31-газовий редуктор,32-корпус, 33-закр1плюючий гвинт.

В результат! експериментальних дослхджень виявленх законом1рнос Ti ЗМ1НИ мхцностх та деформативностд: И/д/^, fj; ,Fc?а craiaBiB на ix ochobi, хромо-н1К1левих жарост1йких сталей, а також техичних rpafiTiB марок ВПГ i СПГ.

Результата дослхджень були використан1 при створен! в1дгов1дних об'ект1в ново! техн1ки в ведучих оргаизащях СНГ та Укахни, таких як: PlAM, Ц1АМ, ВДК1ЕТ, НД1НМ (г.Москва) 1ПМ, 1ПЛ HAH Укра1ни та in 1належних до експлуатащ1 в екстремальних режимах термомеханхчного н вантаження

Встановлено, що зниження мщност1 з ростом температур вхдбувает ся б1льш интенсивно, Н1ж зниження меж течН. Це свхдчить, що при ви сокотемпературному руйнувани металевих матер1ал0в Д1ють додатков1 температурно-силов1 механ1зми, HKi актив1зуються nifl час пластично! деформац11. Тому Teopii терм1чно! активност1 пластично! теч11 можут визначити ochobhi механгзми високотемпературного руйнування. Для цього необх1дно побудувати бхльш складну модель руйнування з ураху-ванням дог дефект1в структур» на ochobi дифузШного дефектостворенн та дислокац1йно1 пластично"! деформац11, з утворенням мз:кротрщин.

В Ц1й глав1 наведен1 методики i результата дослхджень високотем пературно! мщност1 найбхльш термосийкого матер1алу-граф1та.

Було вивчено два вигляда найбхльш перспективних техмчнцх граф! tib марок ВПГ-2 та СПГ-I. 0писан1 метода та експериментальн1 установки, забезпечуючих високотемпературнх випробування зразк0в в режи мах довгочасного, статичного та циюйчного навантаження, а також ме тоди нагрхвання зразк1в в noBiTpi до ЗОООК за допомогою струмшвисо ко! частоти.

Одержан! експериментальн0 результат« свхдчать про слабий вплив часових режим1в навантаження на MiqHicHi характеристики графив, а також явище зростання М1Цност1 при зб1льшенн1 температури.

На ochobi результаив експериментальних дослхджень визначеш за коном1рност1 поведхнки випробуваних матер1ал1в в широкому д1апазон1 температур, що дозволило збудувати eMnipi4Hi залежност1 умов навантаження та високотемперагурно'1 MiqHocTi. Щ даш стали джерелом вир riflHoi 1нформац11, яка дозволила обгрунтовано вибрати найб1льш перспективно матер1али до потреб ав1акосм1чно1 та атомноенергетично1 техн1ки, а.також стала базовой 1нформацхею, за допомогою яко! були розроблен1 та nepeeipeHi структурн1 модел1 високотемпературного руй нування та розрахунков1 методи oqiHKH MiqHocTi, hki описан1 в гла-Bi 5.

П'ята глава присвячена розрахунковим методам прогнозування М1ц-ност1 материалхв та конструкций. Суть'цих методгв зводиться до того,-що реальнг пол1кристал1чн1 материали при навангаженнх деформуються з утворенням дефектхв структури дифуз1йног.о та дислокащйного поход-ження, як1 зменшують силопередаючий перерхз, а також внаслз:док рхз-но5с податливост1 об'ему пустотхлого дефекту I контактного з ним ма-терхалу,.приводить по концентрац11 напруги в цих зонах. Концентра-Ц1я папруги проходить на макро ± м-'-кро р1вн1 .посилюючи один одного, доки локальна напруга не досягне р1вня фхзичнох мщност1 кристалхч-Н01реш1тки, що приводить.до незворотного II руйнування.

Визначення концентруючих факторгв кожного виду дефектхв та оцхн-ка умов 1х:появи в залежностх вхд структури матергалу та умов наван-таження, а також урахування змхни структурних показникхв В1Д Д11 температур, становить основу запропонованого методу ощнки высокотемпературно! мщностх конструкщй.

В загальному вигляд1 руйнування,за умов дано1 моделх,фор-

мулюеться увигляд1 двох ознак:

- руйнування починаеться на М1крор1БН1 з розриву м1жатомних зв'язкхв при досягненн1 локального перенапруження рхвного ф1зичн1й мщностх-б^,, яка слабко залежить в!д температури.

- ревень досягаеться в локально зон1 поетапною багаторазо-вою йонцентращею номинальних значень СЗ^ ¿Т^г. дефектами структури матерхалу. . ,

В загальному випадку умови руйнування формулюються у вигляд1 сп1вв1Дношення м1ж величинами напруження та коефхщентами хх концен-трац11 в дефектах,

6Г. К<г + • «г - % , ( I )

о

де (5^ - найбхлыпе нормальне напруження, - октаедричне дотичне напруження, Ксе , Хг - узагальнен1 коеф1ц1енти концентрац11 нормаль-них та дотичних напружень.

Однак, <3^ I - величини взаемозалежн1 х То*т. можна виразити через у вигляд1 сп1вв1.дношення,

Та<Г. - ' .

Тодх узагальнена формула М1цност1 прийме вигляд,

Подалый дослхдження скерован1 на кхлькхстне визначення коеф1-цхентхв Кб та Кг в залежност! В1Д умов навантаження та структурно!

побулови матерхалу. ^ в щй формул! характеризуе руйнувальну но-м1нальну напругу, яка позначаеться в виглядх о"с при даному уз .

Анал1з повед!Нки матер1ал1в при деформуванн1 показав законом1р-ност1 появи дефект1в структура, граючих роль концентратор!в напру-ження. Вивчення механ1зм1в концентрацх! дозволяе побудувати схему IX взаемод11 в процес1 навантаження матерхалу до руйнування. Ця схема показана на мал. 2. Математична модель схеми, у в1Дпов1дност1 хз формулою ( 2 ), привела до ргвняння ( 3 ), визначаючого зв'язок М1ж ф13ичною та реальною мхцнгстю.

<3ь = { 3 :

де Кг,Кг , Км ,К3 , К^ ,Кс,,Ку - коеф1Ц1енти, що характеризуют д1ю дефект±в,^> - коефхщент зв'язку М1ж таТ*С1сГ. Коефхцхенти Кг= I К^- зм1стують . Розкриючи IX значения I зробив необххднх пере-творення, одержимо лхчхльну формулу конструкцхйно!.м1цностх:

Г- ... + ( 4 ^

* " Ке. [ЧкЕКъ-Ну + С <3^1 '

Г,- ); е - ^ • ^ *

к, - ) + »6 --! -■ 1 * ■

Використан1 у формулах символи означають сл1дуюч1 поняття: Е : Е0-текуч1 та початков! значения модуля пружноси, -поверхня енерг^ а -мхжатомна в1дстань,о(Е-крефщ1ент, ^/-вхдносне звуження, -натяг поверхн1,в1Дносний,с -в1дносне звуження за рахунок утворення дифуз1йних дефект1в, -атомний об'ем, 5 -тещина межЦзерна, 1 -коефщхент, Т -час -текуче та початкове значения коеф1щента зерномежно1 дифуз11, (2^-енерг1я активац11 дифузхх, с/, -текучий та початковий розм1р зерна, Тг -межа теч11 ,в дотичних напруженнях, В -коеф1Ц1ент, £ -"видкгсть в1дносно1 деформац11, -коефхцхент Пуасона, К -коефхцхент концентрац11 напруги в голов1 скупчення дп локац1й, (Л -коефщхент, -вектор Бюргерса, Км -коефщхент конце! трац11 напруги у вершин1 технолог1чного дефекту,' -довжина дефекту, /~> -довжина зони интенсивно! напруги, К<. -коефщхент концентра-

ц1х напружень в шхйцх звуження, Я -глибина звуження, р -радхус скруглення ш!йки в осьов1й площин1, К^-коефщхент проектування нормально! напруги на дотичну, ^-коефхщент, Коеф1Ц1ент Кг. приведений в найб1льш прост1й форм1 (для скрхзних ' трщин). Для нескрхзних тр1-щин цей коеф1Ц1ент виршуеться методом Н.А.Махутова.

Описана модель руйнування дозволила аналхтично.визначити сту«-П1нь влливу температури на милеть матер1ал1в.

Було розглянуто п'ять найб1лып расповсюпжених металхв, створюю-чих основу жаромщних конструкхцйних сплав1в. До IX числа в1дно-сяться 1л/ , «о , ЫИ , л/; , Ре. .

Розрахунков1 операцД проводились на ЕОМ. Програми написанх на мов1 Паскаль. За результатами розрахункхв побудованх д1аграми за-лежност1 руйнуючо1 напруги в1д температури. Деяк1э них приведен! на мал. 3. 31ставлення дхаграм 1з результатами експеримент1в (означен! крапками) показало допустиму помилков1сть в 5...20%.

Анал1з Д1аграм руйнування св1дчить, що найбхльш важливим параметром, д1ючим на високотемпературну мщнхсть е напружений стан, характер якого оц1нюеться коеф1цхентом р, . Слгсдуючим по значению параметром е ефективний розмхр зерна с^. Вплив цього показника мае складну природу. В1Н е показником при 01цнц1 багатьох процесхв, як1 вхдбуваються в межах зерна при пластичному деформуванн1 за до-помогою лислокац1Й. 1х Д1Я ефективна до р1вня температур 0,5 Тпл . Вище дом1нують дифуз1йн1 процеси. на дхаграмах руйнування можна ' побачити.що вище Т=0,-4..,0,5ТПД меныи зерна приводять до знижен-ня м1цност1, що п1дтверджуеться експериментально.

На П1аграмах руйнування можна побачити виразний вплив техноло-Г1чних макропефект1в, як1 знижують конструкц1йну мхцнхсть пропор-. щйно зростанню коеф1щенту концентрац11 напружень в дефект1.

На основ! представленох моделх руйнування була проведена оптн-М1зац1я умов навантаження та виб1ру структурних показникхв мате-Р1ал1в, як1 б забезпечили найбхльшу мхцн^ть. Така оптимхзацхя ггсг проводилась эвикористанням вхдомого методу градиентного пошуку, де екстремальн1 значения параметров визначалися IX диферетцюванням

Розрахунки та побудова дхаграм проводилась за допомогою ЕОМ, пе показана закономхрнхсть зм1ни напруженого стану (коефщхент^), з метою збереження заданох початково1 мхцност1 з. ростом температур.

Запропонований метод визначёння руйнуючо1 номинально]! напруги позволив зробити прогнозування характеристик високотемпературно1 тр1(диност1йкост1 Кс та К^с шляхом введення в1дпов1дних значень у В1ДП0ВХД!!Х формули трщиност1йкост1, якх прийняли вигляд (для скрхзних трщин та пружньо-пластичних матер!ал1в).

Мал. 2. Схема взаемод11•механхз-мхв концентрацП напружень на р1з-них етапах утворення структурних дефектов внаслхдок навантаження. р -силове навантаження, Т -температура, ± -час,<ЗЬ'£«г.-найб1Ль-ша нормальна,узагальнена дотична напруга, Кг. -коеф. посилення напруги в макродефектах, КР -коеф.посилення напруги за рахунок змен-шення площ1, Кг , И\ , ¿V , ¡¿„ , /¿^ коеф. концентрац1х напруги за рахунок Д1ё: щвня напруги течН, звуження ш1йки,скупчення дхслока-Ц1и, мхкротрщини, разорзснтування напряшив нормально): та дотично! напруги, _й> -коеф.жорсткости напру-женого стану,(>-с.-руин1вна напруга, <ЗГф ~ф!зична М1цн1сть матерхалу.

Р

бТ] [г^г.1

t,т

т

Кр

Ш

ыш

Кэ

Е

т

Кц

Кг

фщ

Км

1

Вольфрам

Л - 0,5

\ . ЮЛ*' ё- 30-10"®«

0,2 0,4' 0,6 0,8 т 0,2 0,4 0,6 0,8 Т'

С ' Т - • " ' ' Т

пл. пл.

к, « С, ■ £ '-Г. ^ Ч { Ш1=И>+1М±^ . Б ,

Кц- Ч I 2 .¡¿„.^¡сСЬ _ " '

в С^ - коеф!ц!ент формя дефекта, -коеф1Ц1ент змхцнення матер1алу. взультати розрахунк!в л!дтвердяуиться експериментальними данкии з эмилков!стю 5...20%.

Впровадкення розрахунковнх положень по оптнм!з«цН м!цност! реа-ьннх конструкц!й проводилось шляхом створення в!дпов!днкх вид!в :шпозиц!йних матер!ал!в.

дост!й глав! роэглядаються принцип« конструтвання композкц!йних иа— зр!ал!в, в яких стало б мохлявнм реал!зуватн т! методк оптгайзац!! гцностнях. властивоствй матер!алу,про як! йшла мова в попередн!й 1ав!.

У вступ! надано анал13 ресурса м!цност! волвкнистнх композиц!йних 1терхал!в та показан! основн! дан!, цо формувть цей ресурс.

Запропонована модель м!цностного зв"язку м!ж компонентами. В н!й жазано, яким чином ресурс м!цност! компознц!! заложить в!д м!цност! »жного !з складаотих компонент!в ! характеру взаамозв"язку м!я ними.

На основ! ц!е! модел! руйнування запропоновано розрахункова фор» 'ла м!цност! металево!однонаправленохволокнисто! композиц!!, де вра-(вуюгься вплив напруженного стану та високих температур. Ця форму-» I мае вигляд

Г «'-^/Тг. ; К С/- - ■ напруга п

, матриц!;; ^с,с/0 - -довяина I лгаметр волокон (текучг 1 хсходнх)

'Тре ,ТР о : -зсувне напруження,

Як показано у форцул! (7), м!цн!сть композиц!?, головннм чином, значааться и1цн!страрцуотих волокон та зв"язку м!ж ними. Щцн!сть ляяон суттево . заложить в!д технолог!чкнх дефект!в, як!

явлиться у процес! Ех виготовлення волокуванняы.

Показних та розповсвддення цпх дефект!в несо випадковнй характер тоцу вивчення II д!1 треба проводите експернментально. Для ц!е? тн розроблен! методика та експеркментальн! установки,ак! дозволяють оводити ыехан!чн! аяпробування волокон в иирояоцу д!апазон! теипе-тур.Вивчен1 механ!чн1 властивостх волокон 13 тугоплавких метал1в —' , 1 сталей У8, Х18Н10Т.

1роведенх експериментальнх дослхюкення дозволили визначити основн!

законо^рност! впливу на и1цк!сть температур геометричних розм!р1в волокон. Одеряан! дан! показали ступ!нь зыеншення м!цност! в эалежнг т! в!д температур та ильмстю технолог1чних дефект!в, як! з"явля1ГГ1 на поверхн! волокон.

1шшн ваалквгщ фактором и!цностг коипозиц!й в м!цн!сть зв*язку м!ж волокнами. Ця хорактеркстика важко п!ддаеться моделюванмо, томз основн! поняття. доел!дяуються ехспервментально. Для цього були розр< лен! комплекс методик та випробувальних засоб!в для досл!дження м!ц-ноет! зв"язку прои!в компонентами.

Було розроблено чоткрл методики /А.с 278183, 418769/, як! дoзвoJ ли вивчити м!цн!сть зв"язку при зыхн4 напруженного стану. У в!доов!} ноет! з методиками розроблеке вилробувальне обладнання. 1а них найб! ефективна внпробувальна установка ПСВ-10 для досл!дження високотемп ратурно! м!цност! зв"язку пром!ж волокнам! матриц«) методом висмиху-вання поодинокого волокна.

Вяпробувалыгай устр!й ПСК-20, який дозволяв досл!дгувати м!цн!с зв"язку М1К иеталевкки компонентами з р!зною корстк!стп напруженноп стану в м!ст! контакту з використанням кон!ч них зразк!в.

Експершентальна установка ПСД-30 длядосл!дження ы!кност! зв"я; пром!ж елементами кошюэиц!й при зм!н! напруженного стану та темпер тур з використанням ростягування та крут^ня дискових зраэк!в (мал.

Одержан! експериментальн! результати дозволили визначити основн: законои!рност! вплиау температур,та напруженного стану на м!цноств! характеристики зв"язку м!ж компонентами металевих та неметалевмх ко позиц!йних мaтepiaлtв.

Ненетал!чн! композиц!? не потребують спец!альних випробувальних засоб!в, вони ыожуть бути досл!джен! по методикам високотемпературя випробувань метал!чних матер!ал!в,що описан! у глав! 4.

Для вивчення механ!чнкх властивостей нематал!чних каром!цтос ма р!ал!в, а самв для вуглец!йно-вуглец!йних компознц!й, де температур диапазон випробувань р!вний 300...3300 К була розроблена установка УВП~100 Ц, яке забезпечуе нагр!вання та навантаження аразка, а. тако внм!рвванкя параметр!в Його стану з високою точн!стю.

Проводенний комплекс високотемпер&турних експериментальнхх доел вонь характеристик ы!цност! металевих та кемвталевих композкц!№шх тер!ал!в в широкому д!апазон! температур в!д 300 до 3300 К.

Показана впровадкенн!сть запропонованкх моделей розрахунк!в м! ноет! волокнистпх компознц!йних матер!ал!в в валежност! в!д дефекта

Ь компонент!в.

Визначен! законоы!рност! зниження ихцностх у металевепс композиц!й 1 зб!льшенням температур. У неиеталевих ксмпозкцгй зигна мхцност! мае

ЭуГ1 форМИ.

При випробуванн! вуглец!йно-вуглец!йних коипозиц!йних матер!ал!в ШКИ/, в диапазон! температур 1000...1300 К в!дбувазться зб!льшгння :цност1 на 5...7%, хоча при цих температурах не повинно бути яких »будь структурних зи!н.

Структур»! дослгдяення показали факт збхльаеиня радгуса затупления 5$уз!йншс порожнеч в к&терхалх. Цв пов"язано хз рхэннцеж тиску у ви~ »бувальнхй канерх та технолог!чноиу боксх, де вхдбув&еться насичення зцувчох тканини пхровуглецем. Зрхст радгуса затупления порожнеч В1Д~ >в!дно моделг руйнування, зиеншуе конпентрацхю напругенЬ в 1х верой« а, що приводить до зб!льшення ыхцност! веьего «йтер!алу.

В результат! дарл!за ихцноскнх досл!дкень х иодел! руйнування ком~ 13йц!йшос катер!ал!в, запропонован новкй клкс коипозхц{Я , япий иаз :двщену ихцн!сть та тр!щинест!йкхсть /а. с 768120/.

Особлив!ств ц!е! кокпознц!? п то, що вока склвдоеться ¿з стерзне-а та плосгипс елекент!в ариатури, щ1льно прилеглях одеш до одного та 'еднаннх проы!я собою жорсткж, периодично пхвторгкчЕшся адгез!йнга* |"язкоы /сварка, пайка/ у внглядх окрезак часто». У цьс;^у вкладку 1триця не потр!бна. При руйнуваш! арггатурного ехеиента, трхщша ви-дить на його в!льну поверхню та зупиняеться, а напруга передаеться I слхдуючий епеиент не в ыхсц! руйнування, а в ыхсцх адгезхйного |"язку. У так!й кокпозгацх об"екниЙ зкгст арууючо! фазя иоае досягти I... 10055, що суттево збгльшуз в!дносну шцнхсть цатер!алу, а роэд!л ьиши поверхняш! елеиентхв арматур:;- трхпцпюст!йк!сть.

Таким чиной, >кошозкц!йн! иатергалн, як обдаднан! универсальною •руктурою, дозволяють найб!льо эффективно вккерзстовуватп уыови п!д-щення кенструкц!йно! и!цност! иатер!ал1в.

сьэи!й глав! еппсанг !ня:енерн! р!иення та обгруктування на впаоряе-яня знайдених методхв прогнозування та оптгадзац!! н!цност! иатер!~ ¿в I пенструкц!й.

Одною хз наЯбхльп актуальних задач, у сьогоденний час, е Сезпека :сплуатац!? трубопроводов та резервуар!в, в яких знаходяться р!зн! гйчно-антивн! речовгшп.

Питания над!йкост! таких сосуд!в иояе бута впрхиено за допоыогоо дел! руйнувакня, коли будо коаливо розрахуватп показники зростання доозШтх дс$акт!в.

Пропонуоться потод розрахуваннл и!цкост! сталевих сосудгп, в якпх

М!стяться р!дк! XÍHÍ4HÍ речовини п!д тиском.

Роздивляеться електрох!и!чний процес короз!!, при якому в!дбуввя. еться розчинення та осадження матер!алу на елементи структур». У рол розчинного анод/ виступають кордонн зерна з осадой матер!алу на його т!ло.

Зростання короз!йних дефект!в визкачаеться формулою:

кв - ' L1" ) ( в )

П0-G-Ñ-■ ¿'Л (Пи- 1) '

двХ>(1_- коеф!ц!ент ди$уз!1 матер!алу анода, F - число Фарадея, Са- концентрац!я йон!в металу анода у розчин!, зсув потенц!алу

Я - гаэова константа, 6 - заряд електрона, А«, число Авагадро, Р-1цильн!сть розчинного матер!алу, - кое$!ц!внт форми зерна, -роз м!р зерна в балах, подальше за приведенною вище формулой (7) знаходя руйнугче напруження у ctíhküx сосуда.

Вяр!шуючи рхвняння в!дносно! швидкост! зростання тр!щин та пор! в нсючи руйнуюче напруження а робочим,можно визначити час безпечно! експлуатац!? сосуда.

Розвиток екергетично! техн!ки поставив задачу п!двищення ресурса м!цност! харом!цних граф!товнх матер!алiв за рахунок оптшйзац!? ст{ тур та технолог!i виготовлення. Для ц!ех мети розроблена модель стру тури техн!чного граф!та тана ii основ! визначений механ!зм та уыови руйнування. Основа методу полягае у сл!дуючому: техн!чний граф!т ств рюсться !з зерен коксу, з"еднанкх каменевугдевим пеком, який п!сля термообробки переробляеться в кокс, створюючи порокниниу у структур техн!чного граф1та.Порожнини зменщують прперекове с!чення зразку та ионцентрують напругу.

Геометричн! розы!ри порожнеч визначаються розы! ром спряяених гра ф!тових зерен, а рад!уси скруглення вершин залежать в!д поверхнево! енерг!! поковох смоли при температур! переи!щування i тиску пресува ня заготовок.П!сля в!дпов!дних перетворень формула м!цност! граф!та

мае вигляд: ~ , ' а ,

р. _ u-e-trlf-oLv)()__v „ .

^"f'-WK^ff1^)»] '

де^с- коеф!ц!ент, Ет- модуль пруяност! граф!та при дан!й температур Вп- порокнечисть, £у, ~ тиск пресування, с/ - posuip найб!льших зерен кокса , ^п-<юверанерч натяж!ння пеково! смоли, ^ ,/^-po3UÍp найб!льс конструкц!йних дефект!в,оЛ/~ в!рог!дн!сть скупчення найб!льшил зерен

Розрахункова и!цн!сть граф!т!в узгоджуеться з il експериментальн миз значениями !з середньою помнлков!стю 2056, Зр!ст и!цност! граф!ту

!з зб!льшенням температуря з"ясовуеться эы!ною форми поропнеч. Цей

[роцвс для збвреження р!виоваги к!ж поверхняш натяж!ння та внутр!ш~ г!и тиском пороянач!.

Аналогично був розроблений метод прогнозування ы!цност1 буд!вель~ их керам!я, враховуючи !дентичн!сть структурно! будови керам!ки та -раф!т!в. В керам1чних матер!алах армуюч! кристали хз оксид!в алхай-[±ю й?.2 О3 /корунд/, з"еднан! пилообразною масою двуокису кремнгя I р!зними присадками для пхдвядення теч!г ! т.п. :к г граф!ти, керам!ки такох мапть порожнеч!, розрахунок !х м!цноси! роводяться по т1й хе ыодел!, що I графШв, т!льки ыехатазми утворен-л найб!лыпнх порожнеч !нший, що ураховуеться при визначенн! IX роз-!р1в. Розрахункова форцула м!цност! мае вигяяд:

1 + Уг /2 .ь ' (1 :

ля суцхльних кераы!к, що не мапть порожннн, розрахункова форцула зн1-

гсться з урахуванням иорсткост! екладових компонент!в та приймав

игляд: еЕ /Ун )(1-Ун)3

о \/н- об"вмна Доля поповнювача, Е^, Е^» модул! пруяностг зв язувчого а поповнювача.

озрахунков! данх по ы!цност1 кераыгк узгодяуиться э експеркменталыш-и результатами !з помнлков!стю 10...30%.

роявляетьйя суттевий розб!г результаив вгаробувань !з-за структурно! естаб!льност! керамхк. Запропонована модель руйнування дозволяв прв^-нозувави игщпсть вуглецево-пол!ыерних композкцгйннх матерхал1н при XI високих температур. Щ композкц!1 складались гз вуглецевих волокон, "еднаних пол!мерним середовищем. Д!я високих температур приймаЕться олокнаки та матрице*) неоднаково. Вуглецёв! волокна практично збер1гать структуру, а у пол1мерн!й матриц! вгдбуваеться !! суттева еребудова за рахунок теплово! десгрукц!! х!нгчних зв"язк!в м!ж моле-улами. В середин! об"см1в смоли утворюються порокнечг, заповнен! га-ои П1Д тиском, досягаючи рхвня 20...25 1ЯЬз.

Порожнеч! зменшують робоче ехчення матергалу, викликахзчи напруги перемичках та одночасно концентруя його б!ля вершин порокнеч.

Результувча форцула ы!цност! вуглец}йно-полгмерно! композкц!х урахуванкяи дН температур мае вигляд:

' ч/ 4- /г^т(г- Т0 )]{< + О¿Г В, [<+ (Г-ТЛЩ и-М

^(12) в <3*г - м!цн!сть вуглецевого волокна, - об"вкннй зм!ст волокон, коеф!ц!ент эм!ки модуля иатрици, о(.т~ коеф!ц!ент п!дсилення

процесу деструкцией- коефШент зростання порояноч, тиск вс редан! порожнеч.Гм - поверхнева еиерг!я матер!алу матриц! , £ - до» на порожнеч, у нелрямку перпендикулярному д!5 розтягукчкх сил. Розрахунхова ы!цн!сть углец!Гшо-пол!керт8 коыпозиц!! в!дпов!дае ек риментальккм д«лкм э помилков!стю 15...30$.

Знания законом!рностей зв"язку мгле и!цн!ст» та температурою в ч л ах дозволило розробити методику розрахунку температуря холодоломкз матер!алу та вонструкц!й 1з тр^шами.

Иодель грунтуеться на кр!тер!г Фргделя- Иоффе, який регламентуе наблшшння кряхкого руйнування при виконанн! умови,

&Г .

Переробивши основне р!вняння руйнуючо! напруги у вигляд* умови нри кого руйнування та вирхшхвпи його в!даоско X,, одержуеио розрахунко формулу у вигляд!

и

Ъ = {(Ь (ое Е) - е.п [°Уг \/7Щ?] - [Сы -

^ Г__(13

+ Л, _ Й ^ ] ^ - ^ Й-, (Ь ^- 7>Л '

' де и -енерг!я активац1г пластично! деформац!!, _ коеф!ц1снт,

- розм!р зерна, вектор Биргерса, В- коеф!ц!ент, £ - шввдк1с дефорцування, & - модуль зсуву.

Таким чкном, температура холодоооыкост! /гр!хкост!/ суттево зал шить в!д енерг!! активацН пластично! деформац!!, модуля пружност!, розм!р!в тр!ц!Ш та Ьшшх дефект!в. Ыдойна розрахункових эначень в!д експериментальних схладае 10...20%. Д!я кодел! руйнування пошн-ртеться 1 на оц!кку ресурсу и!цност! матер!ал!в в процес! род!ац!йн опроихнювання. Суть цього явища полягае у сладуючоцу: при боыбуванн матер!алу елементарними частками створювться крапков! дефекти у виг д! Ваканс!й та м!кузельних атом!в. 1х послгдуюча взаемод!я створте структурн! перегрупування- рад!ац!йн! дефекти, як! увворюоть додатк структура! бар"ери, протид!юч! руху дислокад!й. Це проявляеться в з танн! мех1 теч!1, яка в!дпов!дае за зы!ну ресурсу м!цност!. Зростан мехи теч!1 в!дбувааться в!дпов!дно формулП1вЙк!на-Шнтера, ^

Т.-Г = + > ( 14

Дв?г ,ТГ-межи теч!! опром!неного та вих!даого матер!«и:! в, с, теркстики рхвкя рад!ац!1. Значения ме*и твч!1 матер!ала е складово частотою форцулн руйнуючого налруження Дв ураховувться д!я те

ператур, часу експлуатац!! та умов навантаження.

Таким чином, в результат виконано1 роботи з'являеться можлив1сть ршити питания гидвищення високотемпературнох мщностх матерхал1в та чструкщй з найбхльшою, для заданих умов експлуатац11,ефективн1стю.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

. Для виршення проблеми П1двищення мщносно! над1йност1 високо-емпературних констругацй за рахунок використання найбхльш перспек-ивних конструкц1йних матерхал1в, виконаний цикл'екпериментальних ослхлжень по вивченню мехаичних властивостей тугоплавких та яаро-Т1йких матер1ал1в, таких як vV, Mo, ЫС, F&- та сплавхв на ix ос-OBi, а також вуглещйних матер1ал1в рхзних виглядхв, в широкому Д1а~ азонх температур (300...3000K) та швидк1стей деформуманняШГ^.IO^c"?

Внэначен! ochoshi законом1рност1 змхни механхчних характеристик оказаних матер1ал1в,при р1зних умовах навантаження та пояазан1 иежг к використання у в1дпов:гдних конструкцхях високотемпературно1 тех-хки.

. Для проведения цих дослгджень розроблена методхка оптимального онструювання випробувальних засоб1в(ВЗ) i створений комплекс випро-увальних машин, якх дозволили виконати необх:гдний об"ем експеримен-альних дослхтаень.

Суть метода оптимального конструювання заключаеться у тому, що зя багатообразнхсть конструкщй (ВЗ) може бути ощненав статистич-ях к1льк1сних показниках, таких як фушпцональна значимхсть та кон-грукц1йна складнхсть машин i кожного ia вузл1в. В таких же KbibKic-их показниках оцхнюються також завдання експериментальних дослхд-(сень,якх з"еднуються у вигляд1 техн1чного завдання (ТЗ) на досл!д-¡сення. Елн1сть к1льк1сних показникхв при оцхнцх задач досл1дження а належних до "fx виконання, випробувальних засобхв, дозволило ство-эювати експериментальн1 установки у в1дпов1дностх з ТЗ на дослхд, 5ирая ix i3 нормал1Эованних агрегатхв та приладь в1дпов1дноЗс склад-dcti та точност1, з наименьшими затратами коштхв та часу. . Для анал!зу ресурса мщностх 1снуючих та створення нових, бгльш сцних композхц1йних матерхалхв, запропонованх hobi метоли експери-:нтально1 оц1Нки високотемпературнох М1цносно1 надх:йност1 окремих сомпонент1в та композиц11 в цхлому, в залежност1 вхд властивостей 1тер1ал1в та технолог^ виготовлення i конструкц11 композицх1.

На ochobi анал1эу результатхв експериментальних дослхджень за-эопонований новий клас безматричних композ1Ц1Йних матер1ал1в, мао-IX б1льш високий, нхж у в1.домих, р1вень мщност1 та трщиност1йкости.

0соблив1стю структури HOBOI композицх! е те,що в н-itt для з"ед-

нання елемент1в арматури еикористана не сущлъня матриця, а,периодично повторюванх, розм1щен! в шаховому порядку, зони короткого зв"язку, дозволяючих, при руйнуванн1 волокна, передавати осьове на-вантаження через зони зв"язку 1ншим волокнам, в той час,як вхльнх поверхн1 елементхв арматури зупиняють трщину.

4. Для створення метод1в пхдвищення мщносно1 ефективностх викори-стання матер1ал1в в ковструкщях за рахунок оптим1зац11 структурних та конструкц1йних показншав, а також умов навантаження, розробленим новий П1ДХ1Д до оцхнки протиды руйнуванню матерхал!в та конструк-цхй, заснованний на урахувнш перебудови структура в процесх нагр1-вання I деформування. При деформуванн1 створюються дефекта в структур! ыатер1алу, що спроможн1 локально концентрувати приклалену нап-ругу, доволячи II в межевому випадку до р1вня ф1зичн01 мхцностх.що е мхцносною константою матер1алу, слабо залежно! В1л температуря, та характера напруги. На баз1 тако! модел1 запропонован новий метод прогнозування руйнування кристал1чних матер1ал1в, вхдобролсаючий ы!цносн1 властивост1 IX стуктури.В1Н дозволяв прогнозувати М1цн1сть констругацй на основ1 даних, характеризуючих, структуру материалу та умови експлоатац11 конструкщз: (напружений стан, температуру,час). Цей П1жх1д дозволяв з единих позтцй оцхнювати мхщпсть та трхщино-ст1йк1сть матер1ал1в I звести IX до одного показника-конструкцхйно! м1Цност!.

5. На основ1 молел1 руйнування, запропонований метод оптимизащ! мхцност1 констругацй шляхом виб1ра в1дпов1дних умов навантаження та характкристик структура матерхалу.

6. На основ1 розроблено! модел1 руйнування запропонований метод оцхнки м1Цност1 конструкхцй по межевому допустимому дефекту в мате-р1ал1. Запропонований метод розрахунку межевого показника корозхй-ного дефекта, при досягнен! якого вхдбуваеться руйнування сталевях конструюцй, працюючих в контакт з водяним середовищем.

7. Розроблена методика прогнозування високотемпературного руйнування кр1хких матер1ал1в, таких як технхчний граф1т, буд1вельна керамхка, вуглец1йно-вуглец1йИ1 композ1й1йН1 матерхали, а також визначен1 за-коном1рност1 якх зв"язують 1х м1Цносн1 властивост! з технолог!ею виготовлення матер1алу.

Основний змхст дисертащйно1 .роботи викладений в наступних пуб-лгкацхях.

1.Алексюк М.М., Руденко В.Н. Аппаратура для испытания материа--гов при.высоких температурах в вакууме. --Завод, лаб. - 1966, №9,

1127-1128.

2.Алексюк М.М., Руденко В.Н. Устройство для высокотемпературных гспытаний металлов на растяжение. В кн. Технология и организация [роиз-ва. Киев. Изд. НТИ.1966, М, с.96-98.

3.Алексюк М.М., Руденко В.Н. Устройство для автоматической зашей диаграммы растяжения при высоких температурах. В кн. Термо-[рочность материалов и конструктивных элементов. Сб. статей, [иев: Наукова думка, 1967, с. 38-42.

4.Руденко В.Н., Харченко В.К., Алексюк М.М.и др. Исследование :арактеристик прочности и пластичности тугоплавких материалов при ¡ысоких температурах. В.кн.:. Тезисы доклада на 1У Всесоюзной конф. ю прочности:и пластичности, 1-4 февр. М.: Наука, 1967, с. 47.

5.Алексюк М.М., Руденко В.Н. Устройство для автоматического омерения диаметра шейки образца при высокотемпературных испыта-:иях. В кн.: Машины и приборы для испытания материалов. М.: !еталлургиздат. 1968, с. 27-29.

6.Козуб Ю.Н., Алексюк М.М. Камера для высокотемпературных меха-:ических испытаний материалов в агрессивных газовых средах. - В

:н. Технология и организация производства. Киев. Изд. ИТИ. 1968. 6, с.96-97.

7.Козуб Ю.Н., Алексюк М.М., Ляшенко Б.А. Методика высокотемпера-урных механических испытаний материалов с покрытиями. В кн.-ащитные покрытия на металлах. Киев. Наук, думка, 1969, с.107-112.

8.Алексюк М.М., Руденко В.Н. Влияние температурно-скоростных акторов- на механические характеристики молибдена и ниобия. В кн. ехнология и организация производства. Киев. Изд. ИТИ, 1969, №3,

. 106-107.

9.Козуб Ю.Н., Алексюк М.М., Эпик А.П., А.А.Сосновский. етоды исследования механических свойств материалов с защитными окрытиями. В кн. Жаростойкие и теплостойкие-и теплостойкие пок-ытия. Лен-д, Наука, 1969, с. 73-77.

10.Алексюк М.М. Установка для кратковременных испытаний материа-ов. Пробл. прочности, 1969, №7, с. 88-91.

11.Алексюк М.М., Ляшенко. Б.А., Эскин Э.А. Определение послойных рочностных свойств комбинированных материалов при растяжении и

жатии. В кн. Технология и организация производства. Киев. Изд. ИГИ Э70.М.С.22-24.

12.Алексюк М.М., Дрешпак В.А. Влияние нагрева на прочность и упругие свойства сплавов BM-I и ВМ-2. Пробл. прочности. 1971,№6,

• с.52-53.

13.Коэуб Ю.Н., Алексюк М.М. Об оценке прочности композиционных материалов. Пробл.прочности, 1971, №10, с.82-85.

14.Алексюк М.М., Вишняков Л.Р., Карпинос Д.М. и др. Исследова-j ние прочности связи между волокнами и матрицей в армированных композициях: алюминий- сталь и никель-молибдек. Е кк, Физ;:ческг.е

и химические основы жаропрочных металлических материалов. Горький, Изд. Горьк. универс., 1971, с.146-152.

15.Уманский О.С., Карпинос Д.М., Алексюк М.М. и др. К оценке прочности связи между волокнами и матрицей в армированных металлах. Пробл.прочности, 1972,№3, с. 31-34.

16.Алексюк М.М. Установка для кратковременных испытаний материалов при высоких температурах. Информ.письмо АН УССР. Ин-т проблем прочности. №30, Киев. Наук, думка, 1972, 8 с.

17.Алексюк М.М. Установка для исследования механических свойст! металлических материалов в интервале температур от +300°С до -80Я( Пробл.прочности, 197?,, 1'в, с. 109—III.

ТВ.Уманский Э.С., Карпинос Д.М..Алексюк М.М. и др. Установка для испытания композиционных материалов при высоких температурах. В кн. Технология и организация производства. Киев.Изд. ИГИ, 1972, №3, с. 99-101.

19.Уманский Э.С., Свиридовский Ю.М., Алексюк М.М. и др. Устано] ка для исследования механических свойств металлических фольгирова1 ных материалов. В кн.: Технология и организация производства. Киев. Изд. ИГИ,1972,№4, с. 108-109.

20.Алексюк М.М., Козуб Ю.Н., Борисенко В.А., Свиридовский Ю.М. Установка для определения прочности адгезионных соединений.

В кн.: Технология и организация производства. Киев.Изд. ИГИ, 1972 №5, с. 108-109.

21»Алексюк М.М., Синявский Д.П., Козуб Ю.Н. и др. Установка даи комплексного исследования механических свойств инструментальных сталей в широком интервале температур. В кн.: Технология и организация производства. Киев. Изд. ИТИ.1972, №6, с. 105-108.

22.Борисенко В.А., Алексюк М.М., Кашталян ¡O.A. и др. Установка для исследования твердости инструментальных сталей в широком инте] вале температур. В кн.: Технология и организация производства.

*иев. Изд. ИГИ, 1973, №2, с. 83-85.

23.Свиридовский Ю.М., Алексюк М.М., Борисенко В.А., Козуб Ю.Н. Остановка для исследования характеристик прочности в широком диапазоне скоростей деформирования. В кн.: Технология и организация , производства. Киев. Изд. ИТИ, 1973, №3, с. 82-84.

24.Кашталян Ю.А., Алексюк М.М., Борисенко В.А. и др. Установка [уш исследования упругих свойств сталей в широком интервале температур. В кн.: Технология и организация производства. Киев,

Изд. ИТИ, 1973, с. 67-69.

25.Алексюк М.М. Установки для исследования прочности адгезионной звязи между парами неоднородных материалов., образующих композиции. Завод.лаб., 1973, №6, с.743-747.

26.Уманский Э.С., Алексюк М.М., Мишкин А.Н. Установка для испытания материалов в широком диапазоне скоростей деформирования и температур. В кн. Технология и организация производства, Киев. Изд. Ш, 1974, М,о. 65-67.

27.Козлов И.А., Алексюк М.М., Гонтаровский В.П. Исследование прочности биметаллических соединений. Пробл.прочности, 1975, №2, 1.49-52.

28.Уманский Э.С., Алексюк М.М., Мишкин А.Н. Установка для испытаний материалов при высоких ^температурах. Завод.лаб., 1975, №5,

з.616-6181

29.Уманский Э.С.,А1ексюк М.М., Богомолов A.B. Установка для • леханических испытаний микрообразцов и волокон. В кн. Технология л организация производства. Киев. Изд. ИТИ,1975, Ю, с. 69-72.

30. Усков Е.И., Богомолов A.B., Алексюк М.М. Установки для исследования механических свойств материалов при переменном силовом и термическом нагружении. Пробл. прочности, 1976, № II,c.II7-I2I

31.Алексюк М.М., Овдей М.Н., Петренко А.И. и др. Установка для доследования механических свойств неметаллических материалов в диапазоне температур Сот + 600 до - I00°G) Пробл. прочности, 1977, t I, с. I2I-I24.

32.Алексюк М.М., Волощенко А.П., Петренко А.И. и др. Установка ут определения характеристик упругости материалов в диапазоне температур (4.2 - 1000Ж. Завод, лаб., 1977, №2, с. 236-238.

33.Петренко А.И., Алексюк М.М., Овдей М.Н. К методике исследова-мя прочности и деформативности полимеров при высоких' температурах. 1еханика полимеров, 1977, №4, с.753

34.Харченко B.K..Петренко А.ИГ7 Алексюк М.М. К методике тепловс расчета высокотемпературных узлов -установок для механических испытаний материалов. Пробл. прочности, 1977,№12, с. 97-101.

35.Алексюк М.М., Петренко А.И. Исследование неравномерности рас пределения напряжений в клеевом шве при комбинированном воздействи нормальных и касательных усилий. Пробл. прочности, 1978, №2,

с.71-73.

36.Гришко В.Г., Алексюк М.М., Мелентьева В.Б. Методика оценки качества автоматизированных систем исследования механических свойс материалов и элементов конструкций. Пробл. прочности, 1978, №2,

с. II9-I22.

37.Уманский Э.С., Усков Е.И., Богомолов A.B., Алексюк М.М. Прочность и деформативность графитов в условиях, циклического изменения нагрузки и температуры. Пробл.прочности, 1978, №4,

с.41-45.

38.Волощенко А.П., Алексюк М.М., Петренко А.И. и др. К методике исследования механических свойств композиционных материалов в услс виях сложного напряженного состояния. Пробл. прочности, 1979, №4, с. 90-93.

39.Волощенко А.П., Кузема ¡O.A., Алексюк М.М. и др. Установка да исследования длительной прочности и ползучести материалов в широком диапазоне скоростей деформирования, Пробл. прочности, 1979,

№ 6, с.84-87.

40.Алексюк М.Н., Борисенко В.А. , Кращенко В.П. Механические испытания материалов при высоких температурах. Киев. Наук, думка, 1980, с. 208.

41.Волощенко А.П., Кузема Ю.А., Алексюк М.М. 'и др. Испытательная техника для исследования прочности материалов. Пробл. рроч-ности, 1980, »10,'с. 38-44. • -

42.Волощенко А.П., Алексюк М.М. Установки для исследования механических свойств материалов и элементов конструкций. Киев. Наук думка, 1982. 276 с.

43.Волощенко А.П., Алексюк М.М., Гришко В.Г.и др. Испытательна техника для исследования механических свойств материалов. Киев: Наук, думка, 1984, 318.с.

44.Алексюк М.М. Влияние температуры и временных факторов нагру жения на прочность неметаллических конструкций. В кн. Трещиностой кость материалов и элементов конструкций. Тезисы докладов. Том 111. Киев. ИПП, 1985, с.7.

45.Алексюк М.М. Метод прогнозирования прочности графитов. Пробл. прочности, 1987, №4, с.58-59.

46.Алексюк М.М., Козуб Ю.Н. Прогнозирование прочности неорганического стекЛа. Пробл. прочности, 1989, №2, с. II5-II7. !

47.Алексюк М.М. Прогнозирование характеристик высокотемпературной прочности кристаллических материалов и конструкций из них.

АН УССР. Ин-т пробл. прочности, - Препр.,- Киев, 1990. - 32с^

48.Алексюк М.М. Научные основы оптимизации конструкций проек- ' тируемых испытательных средств. АН УССР. Ин-т пробл. прочности, -Препр. - Киев, 1990. - 36 с.

49.Алекскж М.М. Метод прогнозирования прочности конструкций. В сб. Надежность и долговечность машин и сооружений. Киев. Наук, думка. 1990. Вып. 18, с. 64-70.

50.Алексюк М.М. Прогнозирование прочности строительных керамик. В сб. Надежность и долговечность машин и сооружений. Киев. Наук, думка, 1990. Вып. 19, с.

51.Алексюк М.М., Исаханов Г.В., Ляшенко Б.А., Эскин Э.А. Устройство для центрирования образца в процессе исследований прочности материалов.-Авт. свид. 2000257. - Б.И., 1967, №6.

52.Алексюк М.М., Козуб D.H. Способ определения прочности адгезионных соединений. Авт. свид. 278183. Опубл. в Б.И., 1970, № 25.

53.Козуб Ю.Н., Ляшенко Б.А., Алексюк М.М. Способ нагрева мате-ри-гиов. Авт. свид. 338815, Опубл. в Б.И., 1972, № 16.

54.Алексюк М.М., Козуб Ю И. Образец для определения прочности адгезионного соединения. Авт. свид. 418769. Опубл. в Б.К.,1972,Ж).

55.Алексюк М.М. Нагружающее устройство с программным изменением скорости деформирования. Авт. свид. 339837. Опубл. в Б.И., 1972,№17.

56.Алексюк М.М., Козуб Ю.Н. Способ определения.наличия сквозных трещин в неметаллических покрытиях. -Авт. свид. 358646. Опубл. в Б.И.,- 1972, №34.

57.Алексюк М.М., Козуб Ю.Н., Борисенко В.А., Свиридовский Ю.М. Образец для определения прочности адгезионного'соединения. Авт. свид. 418769. Опубл. в Б.И., 1972,'№9.

58.Хмелевский И.Н., Прокопенко В.И.,Лялин Е.Е., Алексюк М.М. Акустическое устройство для измерения перемещений. Авт. свид. 624112. Опубл. в Б.И., 1978, № 34.

59.Алексюк М.М., Крохин Я.А. Устройство для измерения дефвуиа-ЦИЙ деталей. Авт. свид. 673873. Опубл. в Б.И. 1979, № 26.

60.Алексюк М.М., Музыка Н.Р., Волощенко А.П., Кузема Ю.А.

Устройство для испытания материалов на растяжение - сжатие, Авт. свид. 739366. Опубл. в Б.И. 1980, № 21.

61.Кузема Ю.А., Алексюк М.М., Волощенко А.П. и др.< Устройство для испытаний образцов на ползучесть при сложном напряженном состоянии. Авт. свид. 741099. Опубл. в Б.И., 1980. №22.

62.Алексюк М.М., Волощенко А.П., Крохин Я.А., Ляпин Е.В. Установка для механических испытаний материалов по заданной программе. Авт. свид. 765696. Опубл. в Б.И., 1980, №23.

64.Крохин Я.А., Ляпин Е.В., Волощенко А.П., Ллексюк М.М. Установка для механических испытаний материалов в условиях нестационарных температурных полей. Авт. свид. 777545.. Опубл. в Б.И. 1980, №.

65.Алексюк М.М., Музыка Н.Р., Волощенко А.П. Установка для испытания образцов на термопрочность. Авт. свид. 957058. Опубл. в Б.И. 1982, №33.

66.Алексюк М.М., Крохин Я.А.,. Ляпин Е.В.Способ определения характеристик ползучести материалов. Авт. свид. 1010506. Опубл. в Б.И. 1983, № 13.

67.Кузема Ю.Д.,Гогоци Г,А., Алексюк М.М. и др. Устройство для . испытания образцов на изгиб при высоких температурах. Авт. свид. 1017660. Опубл. в Б.И. 1983, № 18.

68.Алексюк М.М., Волощенко А.П., Ляпин Е.В. Устройство для измерений продольной и поперечной деформации при испытании образцов на растяжение. Авт. свид. 1283514. Опубл. в Б.И. 1987, №2.