Офіційний веб сайт

Цикл наукових праць "Моделі і методи оцінки ресурсу елементів металоконструкцій з воднево-механічними тріщинами"

М6

 

Автор: Рудавський Д.В.,к.т.н.

 

Представлений Фізико-механічним інститутом ім. Г.В. Карпенка НАН України

 

На базі енергетичного підходу механіки руйнування  автором запропоновано методики визначення періодів зародження та докритичного росту втомних тріщин в неоднорідних за механічними властивостями матеріалах і елементах конструкцій, що експлуатуються в умовах дії воднево-механічного чинника. Розрахункові моделі визначають характер та основні стадії втомного росту тріщин у наводнених металічних матеріалах і дають змогу прогнозувати загальну довговічність елементів конструкцій.

Розроблено методологію розрахунку концентрації водню в зоні передруйнування біля вершини тріщини та у зварному з’єднанні шляхом розв’язання відповідних задач дифузії водню в полі механічних напружень.

Запропоновано новий метод неруйнівного контролю, в якому за допомогою перетворювачів пружних хвиль, розташованих на поверхні феромагнітного тіла із тріщиноподібними дефектами, встановлюють місця локального деградування феромагнітних елементів конструкцій.

Отримані розрахункові моделі  використано для побудови загальної теорії втоми матеріалів, а відповідні методики -  для оцінки залишкової довговічності тонкостінних зварних стикових з’єднань та трубних елементів металоконструкцій нафто- і газопроводів.

 

Кількість публікацій:    41  наукова  публікація,  в т.ч. 20 статей , 21 теза доповідей.

Надіслати коментар

Коментарі

д.т.н., професор Пустовий В.М.

Однією із важливих науково-технічних проблем є коректна оцінка довговічності елементів металоконструкцій з тріщиноподібними дефектами, працюючих при циклічному навантаженні, в умовах впливу водневмісних середовищ. Для вирішення цієї проблеми, зокрема для зварних з’єднань, необхідно мати математичні залежності, що описують кінетику розвитку втомних тріщин в наводнених та неоднорідних за механічними характеристиками металевих матеріалах. Але, незважаючи на значну кількість наукових праць присвячених цій проблемі, закономірності втомного руйнування таких матеріалів є мало вивченими. Тому робота Рудавського Д.В., присвячена визначенню довговічності наводнених неоднорідних металічних матеріалів, є важливою та своєчасною. В працях автора побудовано розрахункові моделі зародження та поширення втомних тріщин у наводнених металічних матеріалах неоднорідних за механічними властивостями. Запропонована модель реалізована для визначення залишкової довговічності зварних елементів металоконструкцій. Співставлення розрахункових результатів із відповідними даними експериментальних досліджень виявило добру кореляцію між ними. Таким чином подана робота Рудавського Д.В. є завершеною науковою працею, в якій отримано нові науково обґрунтовані важливі результати.

Генеральний директор Спеціалізованого ЕТЦ по портальним кранам Фірми «ДІАЛАБ» ЛТД
д.т.н., професор Пустовий В.М.

Чл.-кор. НАН України, доктор технічних наук Кир’ян В.І.

В сучасній інженерній практиці широке застосування знаходять матеріали, яким притаманна природна та технологічна неоднорідність механічних характеристик, а також наявність значного рівня концентрації водню при їх експлуатації у водневовмісних середовищах. Проблема дослідження тріщиностійкості таких матеріалів є недостатньо опрацьованою насамперед в теоретичному плані, оскільки відсутня узагальнена теорія дослідження кінетики їх втомного руйнування. Наявні ж результати експериментальних досліджень не дозволяють розробити обґрунтовані рекомендації для оцінки поведінки вказаного виду матеріалів в умовах циклічних напружень та дії водневовмісних середовищ. Ця обставина свідчить про актуальність та наукову вагомість роботи Рудавського Д.В., де пропонуються нові розрахункові моделі кінетики зародження та поширення втомних макротріщин у наводнених та неоднорідних за механічними характеристиками матеріалах. Побудовані моделі дозволяють визначати періоди зародження та докритичного росту втомних тріщин, а також прогнозувати їх траєкторію. На їх основі пропонується методика визначення залишкової довговічності зварних елементів металоконструкцій.
За науковою новизною, актуальністю та значимістю поданий цикл робіт Рудавського Дениса Володимировича “Моделі і методи оцінки ресурсу елементів металоконструкцій з воднево-механічними тріщинами” заслуговує присудження премії Президента для молодих вчених за 2011 р.

Завідувач відділу міцності зварних конструкцій Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАНУ
Чл.-кор. НАН України, доктор технічних наук Кир’ян В.І.

Доктор технічних наук, професор Чернець М.В.

Втомне руйнування матеріалів є одним з найбільш значимих факторів, що спричиняє передчасне пошкодження інженерних конструкцій та споруд. В літературі відомо достатньо багато різноманітних розрахункових моделей втомного руйнування. Але вони переважно стосуються поширення втомних тріщин в однорідних матеріалах без урахування впливу водневмісних середовищ, в яких часто експлуатують сучасну інженерну техніку. Тому проблема вивчення втомного руйнування наводнених та неоднорідних за механічними показниками міцності металічних матеріалів, зокрема зварних з’єднань, є актуальною і важливою з практичної точки зору.
У публікаціях автора подано і побудовані розрахункові моделі зародження та поширення втомних тріщин у наводнених металічних матеріалах. За допомогою аналітичних та чисельних методів знайдено розв’язки відповідних граничних задач дифузії водню для визначення його концентрації в елементі металоконструкції, що зовні контактує із водневмісним середовищем.
Розроблену розрахункову модель росту втомної макротріщини ефективно застосовано для оцінки залишкової довговічності відповідальних металоконструкцій зі зварними з’єднаннями (трубопроводів, резервуарів тощо).
Вважаю, цикл праць Рудавського Д.В. заслуговує присудження йому премії Президента України для молодих вчених.

Проректор з наукової роботи Дрогобицького державного педагогічного університету ім. І. Франка

Чернець М.В.

д.т.н., проф. Шалапко Юрій Іванович

При експлуатації елементів металоконструкції у водневмісних середовищах, рівень концентрації розчиненого в матеріалі водню може мати значний вплив на втомне руйнування таких конструкцій. Існуючі на даний час підходи не дають можливості достатньо ефективно описувати кінетику розвитку втомних тріщин у наводнених та неоднорідних матеріалах, які часто використовуються в сучасній інженерній практиці. Тому аналітичне дослідження втомного руйнування таких матеріалів є важливою задачею сучасної механіки руйнування.
Оскільки вплив розчиненого в матеріалі водню на руйнування безпосередньо залежить від його кількості, то в роботі запропоновано розв'язки відповідних задач масопереносу водню при взаємодії металу із водневмісним середовищем. Завершеність роботи, її насиченість важливими теоретичними висновками та важливе практичне значення свідчить про її високий науковий рівень.

Завідуючий кафедрою основ інженерної механіки Хмельницького національного університету, д.т.н., проф. Шалапко Юрій Іванович.

Доктор фіз-мат наук, професор Буйло С.І.

Представленная работа интересна и полезна как с теоретической, так и с практической точки зрения. Ее актуальность предопределена изучением одной из наиболее распространенных причин повреждений инженерных конструкций и сооружений, а именно, усталости металлов. Поскольку большинство существующих расчетных моделей рассматривают процесс распространения усталостных трещин в однородных материалах не учитывая влияние водородосодержащих сред, в которых часто эксплуатируется инженерная техника, результаты, полученные автором, чрезвычайно важны. Например, особенно остро проблема диагностики «водородной хрупкости» материалов проявила себя в процессе разработки водородно-кислородных ракетных двигателей РД-0120 второй ступени для центрального блока ракетно-космической системы «Энергия-Буран».
Используя энергетический подход механики разрушения, автор предлагает расчетные модели зарождения и распространения усталостных трещин в сварном соединении, обобщая их и на случай воздействия водородосодержащих сред.
Интересным результатом представленной работы являются также полученные аналитически и численным методом решения граничных задач диффузии водорода в элементе металлоконструкции, который контактирует извне с водосодержащей средой.
На основе построенных расчетных моделей автором разработаны методики оценки остаточной долговечности тонкостенных сварных соединений и трубных элементов металлоконструкций, которые при практическом использовании будут способствовать повышению достоверности и эффективности технической диагностики и неразрушающего контроля различных объектов промышленности.
Считаю, что цикл трудов Рудавского Д.В. «Модели и методы оценки ресурса элементов металлоконструкций с водородо-механическими трещинами», заслуживает присуждения премии Президента Украины для молодых ученых за 2011 год.

Доктор физико-математических наук,
Заведующий отделом акустики твердого тела
НИИ механики и прикладной математики
Южного федерального университета,
руководитель лаборатории АЭ диагностики С.И. Буйло

Лауреат Державної премії України А.Я. Недосєка

Розробка методів оцінки опору металевих матеріалів і зварних з’єднань розвитку руйнування є однією із найбільш важливих проблем зварювального виробництва. Від її вирішення в значній мірі залежить надійність зварних металоконструкцій. Відомо, що зварні з’єднання окрім таких специфічних особливостей, як зміна конфігурації і пов’язана з цим складність напружено-деформованого стану, наявність залишкових напружень, мають відчутну неоднорідність матеріалу, а при експлуатації у водневмісних середовищах в зварних областях можуть виникати зони перенасичення воднем, що може спричинити водневу деградацію матеріалу. Сучасні підходи для розрахунку на довговічність конструкцій із зварними елементами здебільшого не враховують останніх факторів, що може призводити до значного завищення прогнозних оцінок ресурсу таких металоконструкцій. У зв’язку з цим наукова значимість роботи Рудавського Д.В., присвяченої розробці нового підходу для визначення залишкової довговічності наводнених неоднорідних за механічними характеристиками металічних матеріалів, є очевидною.
В роботі побудовано розрахункові моделі зародження та поширення втомних тріщин в наводнених неоднорідних матеріалах. На їх основі запропоновано методику розрахунку зварних конструкцій на довговічність. Дієвість методики перевірено шляхом співставлення розрахункових оцінок із відповідними експериментальними даними. Важливим результатом роботи є дослідження сумісного впливу вагомих чинників (наявність концентрації водню, неоднорідність механічних властивостей, залишкові напруження) на кінетику втомного руйнування.

Зав. відділу “Технічна діагностика зварних конструкцій”
ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України
Лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки,
Засл. діяч науки і техніки України,
д-р техн. наук, проф. А.Я. Недосєка

Член-кореспондент НАН України Красовський А. Я.

Безумовно, така постановка дослідження ставить його в ряд важливих та актуальних задач механіки деформівного твердого тіла.
Теоретичну основу роботи становлять запропоновані автором розрахункові моделі зародження та поширення втомної макротріщини у неоднорідному матеріалі з урахуванням його наводнювання при контакті з зовнішнім водневовмісним середовищем. Моделі базуються на енергетичних критеріях втомного руйнування матеріалів. Як приклади практичної реалізації моделі розглянуто задачі про визначення періоду докритичного росту втомної тріщини в зварних елементах металоконструкцій, що експлуатуються в умовах впливу водневовмісного середовища. Важливим результатом роботи є добра кореляція між отриманими на основі побудованих моделей розрахунковими результатами та відомими експериментальними даними. Це свідчить про коректність запропонованих моделей та можливість їх застосування при розв’язанні технічних задач, що передбачають визначення довговічності металічних елементів конструкцій.

Член-кореспондент НАН України, д. ф.-м. н., професор, головний науковий співробітник
Інституту проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України

А. Я. Красовський

Профессор, доктор технических наук Л.Р. Ботвина

Ответственные объекты длительной эксплуатации, в частности, энергетики и нефтехимии, работают, как правило, под влиянием жестких температурно-силовых условий и наводораживающих сред. Поэтому исследования взаимодействия водорода с металлами постоянно привлекают внимание ведущих ученых в Украине и за ее пределами. Известным является тот факт, что расчетный ресурс крупногабаритного оборудования в базовых для Украины отраслях, которыми является энергетика и нефтехимия, на сегодня практически исчерпан. Для продолжения срока его эксплуатации нужна достоверная информация о свойствах именно эксплуатируемого металла, который в большинстве случаев работает в условиях циклических усталостных нагрузок. Проблема теоретических исследований трещиностойкости таких материалов недостаточно изучена, поскольку отсутствует обобщенная теория исследования кинетики их усталостного разрушения. Научная ценность работы Рудавского Д. В. заключается в том, что здесь предлагаются новые расчетные модели кинетики зарождения и распространения усталостных макротрещин в конструкционных материалах, которые происходят в условиях наводораживания. Модели дают возможность определить периоды зарождения и докритического роста усталостных трещин, а также направление их распространения. Такие данные позволяют определять остаточный ресурс элементов конструкций длительной эксплуатации, что является одной из важнейших технических задач. Исходя из выше изложенного считаю, что данный цикл работ заслуживает присуждения ему премии Президента Украины для молодых ученых за 2011 год.

Главный научный сотрудник Института
металлургии и материаловедения
им. А.А. Байкова РАН,
проф., д.т.н. Л.Р. Ботвина

докт. техн. наук, проф. Ясній П.В.

Основним науковим результатом роботи вважаю сформульовані автором розрахункові моделі зародження та поширення втомних макротріщин у наводненому та неоднорідному за механічними властивостями матеріалі, які базуються на енергетичних критеріях механіки втомного руйнування матеріалів. Моделі дозволяють визначати періоди зародження та докритичного росту втомної тріщини, а також прогнозувати її траєкторію в неоднорідному матеріалі.
Одночасно роботі властива прикладна спрямованість. Розроблену на основі запропонованих моделей методику прогнозування довговічності наводнених елементів металоконструкцій ефективно застосовано для визначення залишкового ресурсу зварних елементів конструкцій, що експлуатуються в умовах дії водневовмісного середовища.

Ректор Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя, завідувач кафедри будівельної механіки, заслужений діяч науки і техніки України, докт. техн. наук, проф. П.В. Ясній

д-р техн. наук, професор Оксень Є. І.

Представлені в даній роботі розрахункові моделі можуть бути використані при розв’язуванні багатьох задач механіки руйнування, що передбачають дослідження кінетики росту втомних тріщин у наводнених неоднорідних матеріалах. Запропоновані в роботі аналітичні та чисельні схеми побудови розв’язку задач дифузії водню в металевих матеріалах є корисними та ефективними для оцінки розподілу концентрації водню в металі при його контакті із зовнішнім водневовмісним середовищем. Отримані в роботі результати мають важливе прикладне значення для визначення залишкової довговічності зварних конструкцій з дефектами типу тріщин.
Результати роботи є належним чином обґрунтовані. Їх достовірність забезпечується використанням відомих критеріїв втомного руйнування матеріалів, розв’язуванням задач за допомогою коректних методів з достатньою точністю та доброю кореляцією між розрахунковими та експериментальними даними.
На підставі вказаного вважаю, що поданий на конкурс РУДАВСЬКИМ ДЕНИСОМ ВОЛОДИМИРОВИЧЕМ цикл робіт має суттєву наукову новизну і практичну цінність, а її автор заслуговує на присвоєння йому премії Президента України для молодих вчених за 2011 р.

Заступник директора з навчальної і наукової роботи Автомобільно-дорожнього інституту Державного вищого навчального закладу «Донецький національний технічний університет», завідувач кафедри «Будівельно-дорожні машини та деталі машин», д-р техн. наук, професор Оксень Є. І.

Prof. Dr. Andrij Pich

Structures working life prediction is a very important actual technical problem. In that scientific study author has proposed new energetic models which describe a process of fatigue crack initiation and propagation and as a result provide us by structure lifetime. It is well known that hydrogen environment can significantly influence the fatigue fracture process. Formulated theoretical models take hydrogen effect into account. This fact makes it possible to predict resource of structures working under action of hydrogen environment. So my opinion is that the presented scientific work could be a valuable theoretical contribution to structures fracture theory and also could be very useful for numerous practical applications. And I think that the author of that scientific study should be recommended to be awarded of the prize of the President of Ukraine for young scientists

Aachen University, Germany

доктор фіз.-мат. наук, професор Сулим Г.Т.

Цикл робіт стосується надзвичайно важливої для науки і техніки проблеми міцності матеріалів і конструкцій, що на сьогоднішній день є однією із найважливіших в механіці твердого деформівного тіла. Важливим її аспектом є втомне руйнування, зумовлене присутністю в конструкційних елементах тріщин або дефектів типу тріщин та їх поступовим підростанням під дією робочого навантаження та негативного впливу атомів водню. Тут великого значення набуває проблема оцінки періоду зародження та докритичного росту втомних тріщин та закономірностей їх поширення для оцінки ресурсу промислових об’єктів тривалого експлуатування та їх залишкової довговічності.

Ці задачі на високому науковому рівні розв’язні у дослідженнях Рудавського Д.В. Крім того слід зазначити, що згадані аспекти поширення втомних тріщин раніше розглядалися в основному для однорідних матеріалів без урахування впливу агресивних робочих середовищ. Що ж стосується матеріалів із неоднорідними механічними властивостями та характеристиками опору втомному руйнуванню із врахуванням шкідливого впливу зовнішнього водневовмісного середовища (наприклад, наводнені зварні з’єднання), то на сьогоднішній день вони ще недостатньо вивчені. Саме ці сторони поставленої і великою мірою успішно розв’язуваної проблеми розглянуто у представленому циклі праць дуже перспективного молодого науковця Д.В.Рудавського.

Зав. кафедри механіки Львівського національного університету імені Івана Франка,
заслужений працівник освіти України, доктор фіз.-мат. наук, професор Г. Т. Сулим

Член-кореспондент НАНУ Р.М. Кушнір

Поданий цикл робіт Рудавського Д.В. присвячений розробці методу оцінки залишкової довговічності наводнених неоднорідних металевих матеріалів із різними характеристиками тріщиностійкості. Актуальність цієї проблеми визначається практичною необхідністю аналізу залишкової довговічності неоднорідних за фізико-механічними властивостями елементів металоконструкцій, працюючих у водневовмісних середовищах, для встановлення допустимих розмірів дефектів та періодичності дефектоскопічного контролю таких конструкцій.
В роботі сформульовані розрахункові моделі для оцінки періодів зародження та докритичного росту втомних тріщин в наводнених матеріалах, неоднорідних за механічними характеристиками та властивостями опору втомному руйнуванню. Сформульовані моделі базуються на фізично коректних енергетичних критеріях механіки втомного розтріскування матеріалів із врахуванням дії механізму водневого окрихчення та на першому законі термодинаміки в механіці руйнування. Для визначення концентрації водню в неоднорідних елементах металоконструкцій, що наводнюються внаслідок їх експлуатації у агресивних середовищах, в роботі на основі методу скінченних елементів розроблено чисельну схему розв’язування відповідних двовимірних граничних задач масопереносу. Отримані в результаті побудови розрахункових моделей нові кінетичні рівняння поширення втомних тріщин у наводнених неоднорідних металічних матеріалах були ефективно застосовані для визначення залишкової довговічності стикових зварних з’єднань та елемента газопроводу із повздовжнім зварним швом.
Вважаю, що автор поданого циклу робіт “Моделі і методи оцінки ресурсу елементів металоконструкцій з воднево-механічними тріщинами” Рудавський Д.В. заслуговує на присвоєння йому премії Президента України для молодих вчених за 2011 р.

Директор ІППММ ім.Я.С. Підстригача НАН України,
член-кореспондент НАН України