References

zldm

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Industrial laboratory. Diagnostics of materials

1028-68612588-0187

ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»

10.26896/1028-6861-2022-88-9-69-75

zldm-1752

Research Article

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

TESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODS

Использование климатического холода в научных исследованиях

Use of climatic cold in scientific research

Сыромятникова

А. С.

Syromyatnikova

A. S.

Айталина Степановна Сыромятникова

677890, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1

677000, г. Якутск, ул. Кулаковского, д. 48

Aitalina S. Syromyatnikova

1, Oktyabrskaya ul., Yakutsk, 677890

48, Kulakovskogo ul., Yakutsk, 677000

a.s.syromyatnikova@mail.ru

Голиков

Н. И.

Golikov

N. I.

Николай Иннокентьевич Голиков

677890, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1

677000, г. Якутск, ул. Петровского, д. 2

Nikolai I. Golikov

1, Oktyabrskaya ul., Yakutsk, 677890

2, Petrovskogo ul., Yakutsk, 677000

Кычкин

А. К.

Kychkin

A. K.

Анатолий Константинович Кычкин

677890, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1

Anatolii K. Kychkin

1, Oktyabrskaya ul., Yakutsk, 677890

Старостин

Н. П.

Starostin

N. P.

Николай Павлович Старостин

677890, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1

Nikolai P. Starostin

1, Oktyabrskaya ul., Yakutsk, 677890

Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН (ИФТПС СО РАН); Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. АммосоваРоссияLarionov Institute of Physical and Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS; North-Eastern Federal UniversityRussian Federation

Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН (ИФТПС СО РАН); ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН»РоссияLarionov Institute of Physical and Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS; Federal Research Centre «The Yakut Scientific Centre of the Siberian Branch of the RAS»Russian Federation

Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН (ИФТПС СО РАН)РоссияLarionov Institute of Physical and Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RASRussian Federation

Институт проблем нефти и газа СО РАН (ИПНГ СО РАН)РоссияInstitute of Oil and Gas Problems of the North Siberian Branch of the RASRussian Federation

2022

21092022

8896975

2022

Сыромятникова А.С., Голиков Н.И., Кычкин А.К., Старостин Н.П.

Syromyatnikova A.S., Golikov N.I., Kychkin A.K., Starostin N.P.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.zldm.ru/jour/article/view/1752

Цель статьи — обзор научных исследований в условиях климатического холода, проводимых на базе институтов Федерального исследовательского центра «Якутский научный центр» СО РАН. При этом естественные низкие температуры выступают и в качестве условий испытания, и как инструмент экспериментальных исследований. Представлены результаты натурных гидравлических испытаний сосудов давления и труб в условиях низких климатических температур, в том числе при внутреннем давлении, создаваемом за счет эффекта образования льда в замкнутых полостях. Результаты позволили определить предельные состояния трубопроводов большого диаметра, смоделировать напряженно-деформированное состояние трубопровода в талом, замерзающем и мерзлом грунтах, обосновать продление ресурса сосудов давления, разработать технологию их сварки, определить допустимые размеры дефектов в сварных соединениях. Показано, что климатические испытания полимерных, композиционных, строительных, сварочных и других классов материалов позволяют оценивать сроки их службы при воздействии климатических факторов. Проведено экспериментальное исследование отклика твердых тел на множественное соударение с ледяными гранулами при низких климатических температурах, изучены процессы хрупкого разрушения поверхности этих тел с образованием осколочных частиц. Исследовано влияние волокнистых наполнителей природного происхождения на прочностные свойства композиционного материала на основе пресного льда. Установлено, что введение наполнителей приводит к повышению прочностных характеристик пресного льда в два-три раза. Показано, что климатические особенности Республики Саха (Якутия), ее достаточный научный потенциал позволяют эффективно использовать климатический холод как инструмент для научных исследований и решения инженерных задач в самых разных отраслях народного хозяйства.

A review of scientific research data on the use of climatic cold carried out on the basis of institutes of the Federal research center «Yakut Scientific Center» Siberian Branch of the Russian Academy of Science is presented, natural low temperatures being used both as testing conditions and as a tool for experimental studies. The results of full-scale hydraulic tests of pressure vessels and pipes under conditions of low climatic temperatures, and under internal pressure created due to the effect of ice formation in closed cavities are presented. The results made it possible to determine the limit states of large-diameter pipelines, simulate the stress-strain state of the pipeline in thawed, freezing and frozen soils, substantiate the extension of the lifetime of pressure vessels, develop a technology for their welding, and determine the allowable size of defects in welded joints. It is shown that climatic tests of polymer, composite, construction, welding and other classes of materials provide for estimation of their service life under the impact of climatic factors. An experimental study of the response of solids to multiple collisions with ice granules at low climatic temperatures has been carried out along with the study of the processes of brittle fracture of their surface with the formation of splintery particles. Study of the effect of fibrous fillers of natural origin on the strength properties of fresh-ice based composition material revealed that introduction of fillers increases the strength characteristics of fresh ice by 2 – 3 times. It is shown that climatic features and a significant scientific potential of the Sakha (Yakutia) Republic provide for effective use of climatic cold as a tool for scientific research and solution of engineering problems in various sectors of the national economy.

климатический холоднатурные испытаниясосуды давлениятрубыклиматические испытанияполимерные и композиционные материалысварочные материалыоборудование и технологииледяные гранулыкомпозиционный материал на основе льда

climatic coldnatural testsvessels of pressurepipesclimatic testspolymeric and composition materialswelding materialsequipment and technologiesice granulesice-based composition materials

References1

Махутов Н. А., Лыглаев А. В., Большаков А. М. Хладостойкость (метод инженерной оценки). — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. — 195 с.

Makhutov N. A., Lyglaev A. V., Bol’shakov A. M. Cold resistance (method of engeneering estimation). — Novosibirsk: Izd. SO RAN, 2011. — 195 p. [in Russian].

Бузник В. М., Каблов Е. Н. Состояние и перспективы арктического материаловедения / Вестник Российской академии наук. 2017. Т. 87. № 9. С. 827 – 830. DOI: 10.7868/S0869587317090122

Buznik V. M., Kablov E. N. Status and perspectives of the Arctic materials science / Vestn. RAN. 2017. Vol. 87. N 9. P. 827 – 830. DOI: 10.7868/S0869587317090122 [in Russian].

Ларионов В. П., Григорьев Р. С., Новопашин М. Д. и др. Испытания полноразмерных сосудов из стали 14Х2ГМР при отрицательных температурах / Бюллетень научно-технической информации «Физико-технические проблемы Севера». — Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1975. С. 21 – 27.

Larionov V. P., Grigor’ev R. S., Novopashin M. D., et al. Tests of full-size vessels from steel 14H2GMR at negative temperatures / Bulletin of Sci.-Tech. Information «Institute of Physical and Technical Problems of the North». — Yakutsk: Izd. YaF SO RAN SSSR, 1975. P. 21 – 27 [in Russian].

Лыглаев А. В., Сосин Т. С. Методика низкотемпературных испытаний труб и сосудов давления / Испытания металлических материалов и конструкций при климатических низких температурах: сборник научных трудов. — Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1990. С. 8 – 13.

Lyglaev A. V., Sosin T. S. Technique of low-temperature tests of pipes and pressure vessels: Testing of metal materials and constructions at climatic low temperatures. — Yakutsk: Izd. YaF SO RAN SSSR, 1990. P. 8 – 13 [in Russian].

Левин А. И., Петров З. Е., Федоров С. П. Автоматизация натурных испытаний труб и сосудов высокого давления и перспективы ее развития / Испытания металлических материалов и конструкций при климатических низких температурах: сборник научных трудов. — Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1990. С. 18 – 21.

Levin A. I., Petrov Z. E., Fedorov S. P. Automatization of natural tests of pipes and pressure vessels and perspective of its development: Testing of metal materials and constructions at climatic low temperatures. — Yakutsk: Izd. YaF SO RAN SSSR, 1990. P. 18 – 21 [in Russian].

Иванов В. А., Ефимов В. М., Петров З. Е., Левин А. И. Система автоматизации натурных испытаний труб и сосудов высокого давления / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 9. С. 67 – 71.

Ivanov V. A., Efimov V. M., Petrov Z. E., Levin A. I. System of automatization of natural tests of pipes and high pressure vessels / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2014. Vol. 80. N 9. P. 67 – 71 [in Russian].

Алексеев А. А., Левин А. И., Сыромятникова А. С. и др. Ветвление трещины при разрушении цилиндрических оболочек из углеродистой стали внутренним давлением / Деформация и разрушение материалов. 2008. № 12. С. 33 – 39.

Alekseev A. A., Levin A. I., Syromyatnikova A. S., et al. Crack branching at destruction of cylindrical covers from carbon steel by internal pressure / Deform. Razrush. Mater. 2008. N 12. P. 33 – 39 [in Russian].

Алексеев А. А., Большев К. Н., Иванов В. А., Левин А. И. Методика исследования ветвления трещины при низкотемпературных натурных испытаниях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72. № 10. С. 39 – 42.

Alekseev A. A., Bol’shev K. N., Ivanov V. A., Levin A. I. Technique of a research of crack branching at low-temperature natural tests / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2006. Vol. 72. N 10. P. 39 – 42 [in Russian].

Alekseev A. A., Syromyatnikova A. S. , Levin A. I., Lyglaev A. V. Crack Branching In Carbon Steel. Fracture Mechanisms / Russian metallurgy (Metally). — 2010. N 4. P. 301 – 305. DOI: 10.1134/S0036029510040105

Alekseev A. A., Syromyatnikova A. S., Levin A. I., Lyglaev A. V. Crack Branching In Carbon Steel. Fracture Mechanisms / Russian metallurgy (Metally). — 2010. N 4. P. 301 – 305. DOI: 10.1134/S0036029510040105

Ruzek R., Behal J. Certification programme of airframe primary structure composite part with environmental simulation / Int. J. Fatigue. 2009. Vol. 31. P. 167 – 187.

Филатов И. С. Климатическая устойчивость полимерных материалов. — М.: Наука, 1983. — 213 с.

Filatov I. S. Climatic stability of polymeric materials. — Moskow: Nauka, 1983. — 213 p. [in Russian].

Уржумцев Ю. С., Черский И. Н. Научные основы инженерной климатологии полимерных и композиционных материалов / Механика композитных материалов. 1985. № 4. С. 708 – 714.

Urzhumtsev Yu. S., Cherskii I. N. Scientific fundamentals of engineering climatology of polymeric and composition materials / Mekh. Kompozit. Mater. 1985. N 4. P. 708 – 714 [in Russian].

Булманис В. Н., Старцев О. В. Прогнозирование изменения прочности полимерных волокнистых композитов в результате климатического воздействия (препринт). — Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1988. — 31 с.

Bulmanis V. N., Startsev O. V. Prognostication of strength change of polymeric fibrous composites as a result of climatic influence. — Yakutsk: Izd. YaF SO RAN SSSR, 1988. — 31 p. [in Russian].

Каблов Е. Н., Лебедев М. П., Старцев О. В., Голиков Н. И. Климатические испытания материалов, элементов конструкций, техники и оборудования в условиях экстремально низких температур / Труды VI Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Т. 1. Якутск, 24 – 29 июня 2013. — Якутск: Ахсаан, 2013. С. 5 – 7.

Kablov E. N., Lebedev M. P., Startsev O. V., Golikov N. I. Climatic testing materials, structural elements equipment and machinery in extremely cold temperatures / Proc. of the VI Eurasian symposium on problems of strength of materials and machines for regions of a cold climate. Vol. 1. Yakutsk, June 24 – 29, 2013. — Yakutsk: Akhsaan, 2013. P. 5 – 7 [in Russian].

Старцев О. В., Лебедев М. П., Кычкин А. К. Старение полимерных композиционных материалов в условиях экстремально холодного климата / Известия АлтГУ. Физика. 2020. № 1(111). С. 41 – 51. DOI: 10.14258/izvasu(2020)-06

Startsev O. V., Lebedev M. P., Kuchkin A. K. Aging of polymeric composition materials in extremely cold climate / Izv. AltGU. Fizika. 2020. N 1(111). P. 41 – 51. DOI: 10.14258/izvasu(2020)-06 [in Russian].

Петрова А. П. Свойства клеев и материалов на их основе в условиях Арктики (обзор) / Клеи. Герметики. Технологии. 2017. № 4. С. 38 – 47.

Petrova A. P. Properties of glues and materials on their basis in the conditions of the Arctic. Review / Klei. Germet. Tekhnol. 2017. N 4. P. 38 – 47 [in Russian].

Бабенко Ф. И., Сухов А. А., Федоров Ю. Ю., Саввинова М. Е. Климатическая стойкость дисперсно-армированного полиамида в холодном климате / Перспективные материалы. 2013. № 4. С. 45 – 53.

Sukhov A. A., Fedorov Yu. Yu., Savvinova M. E. Climatic stability of the disperse reinforced polyamide in a cold climate / Perspekt. Mater. 2013. N 4. P. 45 – 53 [in Russian].

Федоров Ю. Ю., Бабенко Ф. И., Герасимов А. А., Лапий Г. П. Влияние факторов холодного климата на механические свойства композитных стержней из стекло- и базальтопластиков / Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2012. № 2(55). С. 56 – 61.

Fedorov Yu. Yu., Babenko F. I., Gerasimov A. A., Lapii G. P. Influence of cold climate factors on mechanical properties of glass- and bazaltoplastik rods / Obrab. Met. (Tekhnol. Oborud. Instr.) 2012. N 2(55). P. 56 – 61 [in Russian].

Кычкин А. К., Попов В. В., Кычкин А. А. Исследование влияния экстремально холодного климата на свойства базальтопластиковых стержней / Известия Самарского научного центра РАН. 2020. Т. 22. № 2(94). С. 25 – 31. DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-2-25-31

Kuchkin A. K., Popov V. V., Kuchkin A. A. Research of influence of extremely cold climate on properties of basalt plastic rods / Izv. Samar. Nauch. Tsentra RAN. 2020. Vol. 22. N 2(94). P. 25 – 31. DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-2-25-31 [in Russian].

Соколова М. Д., Шадринов Н. В., Давыдова М. Л. и др. Эластомерные материалы уплотнительного назначения для эксплуатации в условиях холодного климата России / Каучук и резина. 2018. Т. 77. № 6. С. 402 – 409.

Sokolova M. D., Shadrinov N. V., Davydova M. L., et al. Elastomeric materials of sealing assignment for operation in a cold climate of Russia / Kauchuk Rezina. 2018. Vol. 77. N 6. P. 402 – 409 [in Russian].

Аммосова О. А., Бабенко Ф. И., Блазов А. Н. и др. Климатические испытания строительных материалов. — М.: Изд-во АСВ, 2017. — 558 с.

Ammosova O. A., Babenko F., Blazov A. N., et al. Climatic tests of construction materials. — Moscow: ASV, 2017. — 558 p. [in Russian].

Ларионов В. П. Электродуговая сварка конструкций в северном исполнении. — Новосибирск: Наука, 1986. — 252 с.

Larionov V. P. Electric arc welding of constructions in northern option. — Novosibirsk: Nauka, 1986. — 252 p. [in Russian].

Аммосов А. П. Термодеформационные процессы и разрушение сварных соединений. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. — 136 с.

Ammosov A. P. Thermodeformation processes and destruction of weld joints. — Yakutsk: Izd. YaF SO RAN SSSR, 1988. — 136 p. [in Russian].

Слепцов О. И., Михайлов В. Е., Петушков В. Г. Повышение прочности сварных конструкций для Севера. — Новосибирск: Наука, 1989. — 223 с.

Sleptsov O. I., Mikhailov V. E., Petushkov V. G. Increase of strength of welded constructions for the North. — Novosibirsk: Nauka, 1989. — 223 p. [in Russian].

Голиков Н. И., Сидоров М. М., Сараев Ю. Н. Климатические испытания сварочного оборудования при отрицательных температурах / Сварочное производство. 2018. № 12. С. 35 – 41.

Golikov N. I., Sidorov M. M., Saraev Yu. N. Climatic tests of a welding equipment at negative temperatures / Svar. Proizv. 2018. N 12. P. 35 – 41 [in Russian].

Golikov N. I., Sidorov M. M., Saraev Yu. N. Climatic tests of welding materials at negative temperatures / Welding International. 2020. N 34(10 – 12). P. 425 – 429. DOI: 10.1080/09507116.2021.1962067

Старостин Н. П., Васильева М. А., Ботвин Г. В. Приварка седловых отводов к полиэтиленовым трубам при низких температурах / Сварка и диагностика. 2019. № 1. С. 47 – 53.

Starostin N. P., Vasil’eva M. A., Botvin G. V. Welding The Saddle Branch To Polyethylene Pipes At Low Temperatures / Svarka Diagn. 2019. N 1. P. 47 – 53 [in Russian].

Starostin N. P., Ammosova O. A. Simulation of the Thermal Process Of Butt Welding Of Polyethylene Pipes At Low Temperatures / J. Eng. Phys. Thermophys. 2016. Vol. 89. N 3. P. 714 – 220. DOI: 10.1007/s10891-016-1430-8

Старостин Н. П., Герасимов А. И., Данзанова Е. В. Сварка полимерных труб для газопроводов при низких температурах / Технология машиностроения. 2015. № 5. С. 33 – 36.

Starostin N. P., Gerasimov A. I., Danzanova E. V. Welding of polymeric pipes for gas pipelines at low temperatures / Tekhnol. Mashinostr. 2015. N 5. P. 33 – 36 [in Russian].

Сыромятникова А. С., Андреев Я. М., Захарова М. И. Экспериментальное исследование разрушения полиметилметакрилата и алюминиевого сплава потоком ледяных гранул / Деформация и разрушение материалов. 2021. № 8. С. 38 – 41. DOI: 10.31044/1814-4632-2021-8-37-40

Syromyatnikova A. S., Andreev Ya. M., Zakharova M. I. Experimental study of destruction of polymethyl methacrylate and aluminum alloy flow of ice / Deform. Razrush. Mater. 2021. N 8. P. 38 – 41. DOI: 10.31044/1814-4632-2021-8-37-40 [in Russian].

Syromyatnikova A. S., Bolshakov A. M., Kychkin A. K., Alekseeva A. V. Reinforcement of Composities Based on Fresh Ise with Natural Filers / Inorg. Mater. Appl. Res. 2020. Vol. 11. N 4. P. 955 – 957. DOI: 10.31044/1684-579X-2020-0-1-33-35

The authors declare that there are no conflicts of interest present.