Теория долговечности и безопасности при длительном нагружении

Тема 1. Экспериментальная механика разрушения твердых тел при статическом и циклическом нагружении. Статические испытания на прочность материалов. Хрупкое разрушение. Вязкое разрушение с образованием шейки при растяжении пластичных материалов. Пределы статической прочности. Разрушения в условиях ползучести (высокотемпературная ползучесть, диффузионная ползучесть), стадийность процесса ползучести. Кривые длительной прочности материалов. Усталость материалов. Испытания на усталостную прочность материалов в условиях одноосного нагружения и кручения, 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 сложных природно-климатических условиях: хладноломкость металлов и сплавов, коррозия, водородная хрупкость металлов, процессы разрушения горных пород в проблеме землетрясений. Долговечность материалов при сложном напряженном состоянии.
Тема 2. Феноменологические теории прочности твердых тел при длительном нагружении. Гипотезы максимальных нормальных напряжений, максимальных касательных напряжений, максимальной интенсивности напряжений, максимальной главной деформации, максимальной деформации сдвига. Гипотеза прочности Мора. Энергетический критерий прочности. Оценка ресурса при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния. Обоснование коэффициентов запаса.
Тема 3. Гипотезы накопления повреждений в твердых телах.
Гипотеза линейного и нелинейного суммирования повреждений для одноосных процессов нагружения. Кинетическая концепция описания повреж-дений Ю. Работнова, В. Болотина и Л.Качанова. Тензор повреждений и теория длительной прочности А.А. Ильюшина.
Тема 4. Основы теории предельных процессов нагружения материалов при сложном напряженном состоянии. Определяющее соотношение для функции распределения вероятностей максимальных значений материального функционала на процессе нагружения.
Тема 5. Основы стохастической теории масштабно-структурного разрушения металлов при сложном напряженном состоянии. Анализ результатов экспериментально-теоретических исследований многоуровневых процессов разрушения металлов и сплавов при длительном и циклическом нагружениях. Система гипотез, отражающая физические закономерности стадийного процесса изменения структуры материала и развития хрупкого и вязкого разрушения на микро-, мезо- и макромасштабном уровнях (стадиях образования макротрещин). Определяющие соотношения для функций распределения вероятности разрушения на каждом уровне (до образования одиночной макротрещины). Методика идентификации материальных функций теории. Многоуровневая серия кривых усталостного разрушения.
Тема 6. Основы механики разрушения твердых тел при длительном нагружении. Напряженное состояние упругого тела с трещиной. Коэффициент интенсивности напряжений и методы его расчета. Экспериментальное определение характеристик трещиностойкости. Критерии хрупкого разрушения. Энергетический критерий А. Гриффитса. Разрушение упруго-пластических тел. Пластическая зона в окрестности вершины макротрещины. Деформационный критерий разрушения. О вариационных методах в механике разрушения упруго-пластических тел. 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).
Тема 7. Постановка проблем безопасности и рисков. Основные понятия и определения. Техногенные (социальные, промышленные и экологические) риски от негативных факторов поражения при разрушении. Определение приемлемых значений конструкционного риска и техногенных рисков по статистическим данным эксплуатации аналогичных систем, Нормам и ГОСТам для конкретных конструкций. Общая структура методов анализа ресурса и безопасности эксплуатации конструкций.
Тема 8. Основы стохастического метода оценки долговечности и безопасности эксплуатации элементов протяженных конструкций. Классификация участков протяженных конструкций по возможным видам химико-биологического воздействия при почвенной и стресс-коррозии, аэрогидродинамических, геодинамических и сейсмическими воздействий и воздействий третьих лиц и строительной техники на участки конструкции. Математическое представление случайного механического нагружения и случайных природных и техногенных воздействий. Классификация негативных факторов поражения при разрушении протяженных конструкций. Определение техногенных рисков от рассматриваемых групп негативных факторов поражения при разрушении участка по известным данным и теоретическим решениям. Определяющие соотношения для функции распределения вероятности разрушения конструкционного элемента при эксплуатационном нагружении на основе теории предельных процессов нагружения и теории масштабно-структурного разрушения. Определение долговечности элемента по различным уровням дефектности. Основные расчетные зависимости для определения долговечности по критериям трещиностойкости на стадии развития макротрещин. Определяющие соотношения для функции распределения вероятности разрушения
однотипных конструкционных элементов с учетом статистики разрушений эксплуатируемых систем. Определяющие соотношения для функций распределения вероятности разрушения (конструкционного риска) участков протяженных конструкций основных классов с учетом влияния различных эксплуатационных факторов. Применение результатов экспериментально-теоретических исследований механо-коррозионных и стресс-коррозионных разрушений.
Критериальная база исследований техногенной безопасности. Формулировка критерия конструкционной надежности участка протяженных конструкций. Определение проектного срока
службы участка конструкций и экспертная оценка срока очередной диагностики технического состояния. Определение остаточного срока службы после проведения технической диа-гностики и замене конструктивных элементов с недопустимыми дефектами. Система четырех критериев безопасной эксплуатации участков протяженных конструкций, включающая критерий конструктивной надежности, критерии социальной, промышленной и экологической безопасности эксплуатации, которые связывают параметры случайного процесса разрушения элементов при испытаниях и эксплуатации, случайного процесса распространения полей основных воздействий, появляющихся после этого разрушения (термического, токсического, барического) и характеристики негативных последствий для людей, зданий и сооружений, флоры и фауны, обусловленных этими воздействиями в те-чении срока службы конструкции. Определение проектных сроков службы протяженных конструкций, обеспечивающих нормативный уровень техногенных рисков. Алгоритм расчета проектных сроков безопасной эксплуатации участков протяженных конструкций.