Физико-механические основы прочности и разрушения материалов и элементов конструкций

Тема 1. Физико-механические основы прочности и разрушения твердых тел. Структурные аспекты прочности металлов и неметаллов (аморфные материалы, полимеры, композитные материалы, керамические материалы), наноструктурных материалов (тонких нитей, пленок, графеновых слоев). Механизмы зарождения хрупких трещин и развития хрупкого разрушения в процессе нагружения на разных структурно-масштабных уровнях. Физические механизмы (скольжения и двойникования) зарождения и развития вязкого разрушения. Макроскопическое хрупкое и вязкое разрушение. Основы фрактографического анализа. Теория дефектов кристаллического строения. Структурные теории дислокаций. Механизмы упрочнения металлических сплавов. Различие подходов физики и механики к проблеме разрушения
Тема 2. Экспериментальная механика разрушения твердых тел. Долговечность материалов при циклическом нагружении в условиях одноосного напряженного состояния и кручения
Статические испытания на прочность материалов. Хрупкое разрушение. Вязкое разрушение с образованием шейки при растяжении пластичных материалов. Долговечность материала; износ, усталость, коррозия, ползучесть. Разрушения в условиях ползучести (высокотемпературная ползучесть, диффузионная ползучесть), стадийность процесса ползучести. Кривые длительной прочности материалов. Основные понятия усталости материалов. Испытания на усталостную прочность материалов, кривые усталости и долговечность по окончательному разрушению материала: малоцикловая, ограниченная, многоцикловая и гигацикловая усталость, предел выносливости, кривая Велера, симметричные и асимметричные циклы нагружения и деформирования. Стохастическая природа усталостного разрушения, понятие о вероятности разрушения материалов, нормальное распределение долговечности, кривые усталости В. Вейбулла. Хрупкое усталостное разрушение. Четыре стадии развития хрупкого усталостного разрушения. Линии необратимых повреждений (линии Френча). Вязкое усталостное разрушение. Малоцикловая усталость, циклическое упрочнение и разупрочнение. Влияние переменных температурных полей на сопротивление усталости материалов. Зависимость пределов усталости от частоты и асимметрии цикла при одноосном циклическом нагружении. Понятие о динамической прочности твердых тел. Разрушении твердых тел в особых условиях: хладноломкость металлов и сплавов, коррозия, водородная хрупкость металлов, процессы разрушения горных пород в проблеме землетрясений.
Тема 3. Феноменологические теории прочности твердых тел.
Гипотезы максимальных нормальных напряжений, максимальных касательных напряжений, максимальной интенсивности напряжений, максимальной главной деформации, максимальной деформации сдвига. Гипотеза прочности Мора. Энергетический критерий прочности.
Тема 4. О физических моделях разрушения твердых тел (структурные, статистические, энергетические модели). Термофлуктуационная теория прочности.
Тема 5. Основы механики разрушения твердых тел. Напряженное состояние упругого тела с трещиной. Коэффициент интенсивности напряжений и методы его расчета. Эксперимен-тальное определение характеристик трещиностойкости. Критерии хрупкого разрушения. Энергетический критерий А. Гриффитса. J-интеграл Райса-Черепанова. О росте трещин при ползучести. Особенности усталостного разрушения тел с трещинами. Кинетическая диаграмма усталостного разрушения. Уравнение роста усталостной трещины П. Пэриса. О разрушении неметаллических тел с трещинами (вязкоупругих тел, композиционных тел). О разрушении стекла и льда.
Тема 6. Прочность элементов конструкций. Неоднородное напряженное состояние, концентрация напряжений. Характеристики прочности элементов конструкций. Влияние технологий изготовления, структуры и состояния поверхности на прочностные свойства элементов конструкций. Геометрические концентраторы напряжений. Коэффициенты концентрации напряжений. Коррозионные разрушения. Понятие о коэффициенте запаса по долговечности элементов. Методы диагностики появления и развития трещин и дефектов в элементах конструкций, понятия о методах неразрушающего контроля, ультразвуковая, магнитная, радиационная, электронная дефектоскопии; акустико-эмиссионный метод, метод проникающих веществ.