Устойчивость как следствие поддержания в равновесии состояний и условий применения конструкционных материалов




Скачать 69.08 Kb.
Дата10.06.2016
Размер69.08 Kb.

Направление 2

УДК 620.172


Устойчивость как следствие поддержания в равновесии состояний и условий применения конструкционных материалов
Авсарагов А. Б., канд. техн. наук, доцент

Северо-Кавказский горно-металлургический институт

(государственный технологический университет)

Владикавказ, Российская Федерация

email: alan.avsaragov@mail.ru
Приводится дальнейшее обоснование реальности информационно-обменной природы материальных систем (МС) и, как квинтэссенцию данных предположений – осмысление понятия равновесного состояния (РС) и методов его оценки в приложении к уточнению местоположения предела микротекучести (σмкт) некоторых марок сталей, контроль и поддержание которого ведет к получению кардинально новых уровней работоспособности стальных материалов и конструкций, как одного из важных факторов обеспечения безопасности и стабильности в сфере технической деятельности человека.
Provided further substantiation of the reality of the information-exchange nature of material systems (MS) and, as the quintessence of these assumptions is the notion of equilibrium state (RS) and methods of assessment in the Annex to clarify the location of the limit of microequity (σMKT) some grades of steel, the inspection and maintenance which leads to radically new levels of health of steel materials and structures as one of the important factors to ensure security and stability in the sphere of technical activity.
Устойчивость (стабильность, стационарность) [1], как общенаучная категория есть следствие, проявление равновесия МС различных масштаба и уровня. Представляемые в статье исследования позволяют углубить понимание и обосновать возможности контроля РС сталей, чему способствует моделирование свойств новых конструкционных материалов и корректировка условий их применения.

Подтверждая, что «целью» (МС) является достижение идеального равновесия (ИР) (гармонии) при условии равенства объемов пустоты и непустоты [2], схематизируем идеализированную модель МС, пребывающую в состоянии гармонии (рис. 1).

При перманентном «общении» МС и внешних воздействиях на них, достижение ИР, как предполагалось ранее [2], невозможно, но объективны текущие равновесия-компромиссы (Р-К), в той или иной степени близкие к ИР (диалектика МС – иерархия РС). Отсюда богатство и необъятность материальных формообразований, организованных по принципу масштабно-размерного структурирования1 (принцип «матрёшки»).

Таким образом, процессы деструкции, образования и развития МС протекают в две стадии:

первая – внешние воздействия на МС (приближающие или отдаляющие её от РС);

вторая – реакция МС на эти воздействия, приводящая или к возможному в данных условиях восстановлению РС, или к переходу на более высокий уровень РС.

Ключевая (степень эффективности пока трудно оценить) задача – обоснование понятия о РС (параметров и критериев их оценки) для осуществления текущего контроля, что при поддержании соответствующих внешних условий [2] позволит достигать МС новые (ничем не ограниченные) уровни равновесия.
рис1

Рис. 1. Модель-схема МС в ИР: Vнп – объем непустоты; Vп – объем пустоты;

Rм – радиус малой сферы-пустоты; Rб – радиус большой сферы
Эти закономерности универсальны, они определяют любые физические явления и процессы в МС.

Исходя из области научных интересов авторов, сферой практического приложения, а точнее – экспериментального подтверждения излагаемых теоретических положений, могла бы стать проблематика экологической2 безопасности технической деятельности человека и, как одна из важных составляющих этой проблемы – обеспечение эксплуатационной надежности стальных конструкций (в применении, в частности, к нефтегазопроводам, хранилищам), оборудования и материалов [3]. Среди основополагающих направлений в осуществлении искомых требований – диагностика реальных объектов и предварительная оценка сталей на стадии отбора.

Приведенные ниже экспериментальные исследования посвящены разработке новых деформационных критериев оценки состояния сталей и конструкций позволили уточнить местоположение предела микротекучести – σмкт сталей и сформировать на этой основе ряд выводов.

Известные материалы [4] свидетельствуют о расположении σмкт в области, практически совпадающей с σпр ( пределом пропорциональности) сталей.

Методика исследований [5] состояла в следующем: цилиндрические (диаметром 6 мм) образцы («гагарики») из сталей, различающихся по прочности и пластичности: Ст. 20 (опорная марка близкая по свойствам к конструкционным, трубным), Ст. 30, Ст. 45, Э12 (армко-железо), 20Х13, ступенчато нагружались (в пределах упругости) с помощью МУ (малогабаритной установки) [6] с регистрацией деформаций упругого последействия [7] (в моменты останова) (цена деления индикаторов перемещений стрелочного типа – 1 мкм, база записи деформаций до их стабилизации – 2 мин). Для уменьшения количества влияющих на деформации факторов образцы термообрабатывались по режиму – отжиг и имели качество поверхности одного уровня чистоты.

Главная задача эксперимента – фиксация уровня напряжений первого пластического скачка-сдвига в соотношении с пределом текучести сталей. С этой целью увеличение нагрузки велось минимально возможными ступенями (с учетом мех. свойств сталей) в диапазоне 10–15 кгс со скоростью 0,17 мм/мин. Выбор скорости определялся техническими возможностями, а также необходимостью повышения чувствительности метода для достижения возможных бо̀льших величин деформаций.

Результаты замеров первых скачков образцов в зависимости от марки сталей представлены на рис. 2: у каждой стали свой уровень начального пластического сдвига, причем у пластичных, коррозионно-стойких (σмкт) выше. Причиной появления данных деформаций являются дефекты внутреннего строения сталей с разными геометрией и топографией. Существование аналогичных деформаций ниже этих уровней – вопрос, но в данных условиях технического оснащения эксперимента, на данных уровнях нагружения (не ниже!) их наличие очевидно.


Рис. 2. Гистограмма распределения уровней первых деформаций сталей
Стоит в связи с этим обратить внимание на то, что современные представления об уровнях рабочих нагрузок к материалам и конструкциям допускают возможность появления остаточных явлений – в одном случае, и нагружения на известных уровнях до σT(0,2) в предположении отсутствия (несущественности) микропластики – в другом. В перспективе это ведет к закономерному постадийному исчерпанию рабочего ресурса объекта эксплуатации, кардинальному (по сравнению с возможным) сокращению срока службы.

Изменение принципов установления верхнеграничных уровней механических полей может привести к новому качественному скачку потенциала сопротивляемости объектов в условиях эксплуатации, предполагающему баланс – равновесие внешних воздействий и адекватных реакций на них материалов конструкций.

Конечно, это возможно при условии получения новых материалов с уровнем нахождения σмкт, близким (а лучше совпадающим) с σT(0,2) (очевидно, у этих материалов все предельные значения напряжений будут намного выше существующих уровней). Это позволит выйти на новое качество как эксплуатации (резкое сокращение эксплуатационных расходов и т. д.), так и проектирования (рост расчетных сопротивлений, экономия материалов и т. д.).

Для получения материалов с новыми свойствами необходимо в идеале – устранение (практически – существенное уменьшение) дефектов, описанных выше, что само по себе – задача сложная и затратная (требующая, по всей видимости, применения современных направлений из сферы нанотехнологий), связанная с «вторжением» в микро- и наноструктуру сталей. С другой стороны, σмкт – индикатор качества стали по уровню содержания несовершенств кристаллического строения (НКС), что может позволить опираться на него как на критерий ранжировки (отбора) сталей.

То обстоятельство, что увеличение углерода в сталях приводит в целом к снижению σмкт, свидетельствует о его (углерода) негативном влиянии на содержание НКС, так как инородные химические элементы другого размерного ряда увеличивают количество НКС (по аналогии с детским конструктором из разноразмерных деталей). Разработка новых конструкционных материалов (железосодержащих) могла бы идти по направлению формирования в них моноструктуры, что само по себе уже резко снижает влияние НКС и ведет к улучшению всего спектра прочностно-пластических свойств.

Обобщим изложенное:


  1. Получают дальнейшее теоретико-экспериментальное развитие представления об информационно-обменной природе МС, определяющей самые различные явления и процессы, происходящие в них.

  2. Формируются представления о РС, его характеристиках и критериях оценки, контроль и создание условий для поддержания которого обеспечивает достижение новых уровней развития МС.

  3. Уточняется местоположение предела микротекучести сталей – σмкт, предлагаются методика его регистрации и значение этой характеристики сталей как верхней границы приложения механических воздействий, при действии которых сохраняется текущей уровень Р-К, что позволяет формировать новую идеологию применения силовых полей к конструкциям и их элементам с позиций обеспечения эксплуатационной надежности и, следовательно, общей стабильности и безопасности.

  4. Становится актуальным разработка новых подходов в осмыслении состава и свойств конструкционных материалов, как моноэлементных систем.


Литература
1. Давыдянц Д. Е., Макеенко И. П., Бондаренко Е. А. К определению понятий « равновесие», « устойчивость», « стабильность», «стационарность». [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.stis.su/stv_files/downloads/science/Davidanc.pdf

2. Авсарагов А. Б., Танделов Л. Ч. Инфоритмология формирования равновесных состояний (условий равновесия) // Труды СКГМИ (ГТУ). Вып. 15. Владикавказ. 2008. С. 44–48.

3. Дзуцев Т. М., Басиев К. Д., Тибилов В. И., Алборов И. Д. Коррозионные и стресс-коррозионные повреждения магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в коррозионных средах // Устойчивое развитие горных территорий. № 4 (22) 2014. С. 36–39.

4. Новиков В. Ф., Семенов В. В., Бахарев М. С. Возможности определения предела пропорциональности (предела микротекучести) стали по кривым магнитоупругого размагничивания // Контроль. Диагностика. М. ISSN 0201-7032. 2006. № 4.

5. Патент на изобретение RUS 2410669 04.12.2009. Способ экспресс-оценки склонности сталей к общей коррозии. Авсарагов А. Б., Танделов Л. Ч.

6. Танделов Л. Ч., Авсарагов А. Б., Кайтуков Г. Ф. Установка для коррозионно-механических испытаний стальных образцов // Труды СКГМИ (ГТУ). Вып. 18. Владикавказ. 2011. С. 124–129.



7. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. Ч. 1 Деформация и разрушение. М., Машиностроение, 1974.


1 1 – Повторение (изменение масштаба) аналогичных материальных структур на новом размерном уровне (см. теорию бесконечной вложенности материи).

2 1 – Как известно, экология, собственно, и подразумевает баланс «интересов» живых организмов и окружающей среды.


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница