ИСТИНА

Изучение остаточных напряжений, являющихся одним из основных факторов техногенных аварий в сварных конструкциях газо- и нефтепроводного транспорта, образования трещин в изделиях металлургии, стекольной промышленности, мосто- и кораблестроении, авиационной и космической техники, других отраслей, в том числе таких перспективных, как аддитивные технологии, является постоянно актуальным направлением научных исследований во многих странах. Для диагностики остаточных напряжений применяются разные физические и механические методы. Наиболее распространённым является слабоповреждающий метод зондирующего отверстия. История этого метода берет начало с работы Й.Матара 1932 г. В СССР исследования по проблематике остаточных напряжений активно велись такими учеными, как И.А.Биргер, А.Ю.Ишлинский, В.А.Винокуров, Н.О.Окерблом, М.В.Якутович и др. Современное представление метода отверстия для определения остаточных напряжений отражено в работах А.А.Поздеева, Г.Н.Чернышева, Л.М.Лобанова, А.А.Антонова, А.Л.Попова, В.М.Козинцева, Д.А.Челюбеева, И.А.Разумовского, А.А.Апалькова, С.И.Елеонского, Д.Нельсона, Ж.Джанга, Ф.Диаса, С.Лина, Р.Мохарами, М.Стейнцига, Г.Шаера и др. К настоящему времени разработано несколько методик измерения микроперемещений и деформаций, возникающих при создании зондирующего отверстия в теле с остаточными напряжениями. Среди них выделяются бесконтактные измерения параметров возмущенного отверстием напряженно-деформированного состояния с помощью голографической и спекл-интерферометрии. Для создания методики определения остаточных напряжений по этим измерениям потребовалось решение целого спектра прямых и обратных задач двумерной и трехмерной теории упругости, на основе которых выпущены стандарты, в том числе ГОСТ Р52891 «Контроль остаточных технологических напряжений методом лазерной интерферометрии». На принципах электронной спекл-интерферометрии сотрудниками ИПМех РАН была создана портативная переносная система для измерения напряжений в упругих телах и конструкциях — ЛИМОН-ТВ, в которой объединены идеи и методы голографической интерферометрии, разработанные ранее для анализа остаточных напряжений, с преимуществами современной компьютерной техники. Несмотря на большой объём исследований по установлению связей между регистрируемыми микроперемещениями поверхности тела и внутренними напряжениями, разработанные методики не покрывали весь спектр возможных остаточных напряжений ввиду того, что само отверстие создаёт концентрацию напряжений, коэффициент которой по отношению к измеряемым напряжениям может достигать трёх единиц. Это означает, что в важном для практики диапазоне остаточных напряжений, превышающих одну треть предела текучести, при создании отверстия, в некоторых областях около него могут возникнуть пластические деформации. В этом случае перемещения поверхности тела, вызванные пластическими деформациями, при их регистрации и трактовке как упругие перемещения с последующим переводом в напряжения создают погрешности в измеряемых напряжениях, растущие с увеличением остаточных напряжений. Ошибка пластичности - известная проблема при измерении остаточных напряжений в сварных соединениях с помощью сверления отверстий. Данную проблему пытаются решить, варьируя глубиной и радиусом отверстия. Однако этим добиваются лишь некоторого увеличения диапазона корректного определения остаточных напряжений в рамках соотношений теории упругости. Очевидно, что кардинальным решением здесь является использование моделей упругопластического тела с привлечением решений соответствующих упругопластических задач. Отсюда вытекает актуальность темы диссертации, состоящей в разработке методики определения высоких остаточных напряжений по спекл-интерферометрическим измерениям в окрестности зондирующего отверстия с учётом эффекта пластичности. Целями диссертационной работы являются: 1. Расширение области применимости метода зондирующего отверстия для диагностики остаточных напряжений на диапазон высоких остаточных напряжений с учетом эффекта пластичности, возникающего как при создании зондирующего отверстия, так и в исходном напряженно-деформированном состоянии материала, содержащем зону пластичности. 2. Разработка итерационного метода решения упругопластических задач с уточняемым положением упругопластической границы. Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи: На модельных задачах Кирша в двумерной и трехмерной постановках выполнена отработка численной процедуры решения трехмерных задач о сквозном и несквозном отверстиях в упругой пластине с напряжениями применительно к спекл-интерферометрическим измерениям; • Проведено численное моделирование решений прямой и обратной задач определения остаточных напряжений с применением метода несквозного отверстия в упругой и упругопластических постановках; • Построено решение задачи Гадолина о посадке цилиндрических тел в упругопластической постановке с определением положения границы между упругой и пластической областями, напряжений, деформаций и перемещений в этих областях, в том числе - по нормали к торцам цилиндров, что обеспечило решение обратной задачи по определению осесимметричного напряжённого состояния в упругопластическом цилиндрическом теле с отверстием по перемещениям его поверхности; • Построена итерационная процедура решения плоских упругопластических задач с уточняемым положением упругопластической границы. Выполнена отработка итерационной процедуры на решениях задач Ламе, Галина и Кирша в упругопластических постановках; • Проведена экспериментальная реализация диагностики напряжений с учетом эффекта пластичности в окрестности зондирующего отверстия; • Выполнено численное моделирование залечивания внутренних дефектов в поле высоких сжимающих напряжений с использованием пластических свойств материалов.