zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2026-92-4-55-64zldm-2799Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSКритериальная база материаловедения в области конструкционной прочности и техногенной безопасностиCriteria base of materials science in the field of structural strength and technogenic safetyМахутовН. А.MakhutovN. A.

Николай Андреевич Махутов

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4

Nikolay A. Makhutov

4, Malyi Kharitonievsky per., Moscow, 101990

kei51@mail.ruГаденинМ. М.GadeninM. M.

Михаил Матвеевич Гаденин

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4

Mikhail M. Gadenin

4, Malyi Kharitonievsky per., Moscow, 101990

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наукРоссияMechanical Engineering Research Institute, Russian Academy of SciencesRussian Federation2026280420269245564Copyright © Махутов Н.А., Гаденин М.М., 20262026Махутов Н.А., Гаденин М.М.Makhutov N.A., Gadenin M.M.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/2799

В процессе эксплуатации технические системы испытывают воздействия суммарных нагрузок, физических полей и коррозионных сред. При этом в зонах высокой концентрации напряжений возникают поля не только напряжений и деформаций, но и повреждений. В зависимости от условий нагружения и окружающей среды реализуются различные механизмы накопления повреждений и разрушения. Среди этих механизмов наиболее опасными являются те, которые с учетом длительного статического и термомеханического циклического нагружения приводят к катастрофическому (лавинообразному) разрушению. Определение и анализ физически связанных особенностей неизотермических и статических механизмов накопления повреждений в материале играют важную роль при формировании критериев достижения различных типов предельных состояний. Эти критерии описываются соответствующими уравнениями состояния с входящими в них параметрами критериальных характеристик механических свойств материалов. Показано, что перспективным в направлении разработки материаловедческой критериальной базы конструкционной прочности и техногенной безопасности является обоснование соответствующих моделей суммирования повреждений для условий комплексного воздействия повреждающих эксплуатационных факторов. При этом, помимо стандартных механических свойств конструкционных материалов, в состав критериальной базы конструкционного материаловедения должны быть включены характеристики трещиностойкости, усталости, хладостойкости, коррозионной стойкости, сопротивления циклическим упругим и пластическим деформациям, циклического упрочнения, разупрочнения и стабилизации материала при повторном упругопластическом деформировании в широком диапазоне температур эксплуатационного нагружения. Новым перспективным интегральным критерием обеспечения безопасности эксплуатации объектов техносферы является критерий неприемлемого (критического) техногенного риска. На основе критериальной базы конструкционного материаловедения этот критерий учитывает вероятность возникновения в объектах повреждений, отказов, разрушений, аварийных и катастрофических ситуаций на всех стадиях их жизненного цикла при проектных, запроектных и гипотетических ситуациях.

In use of technical systems and impact on them total loadings, physical fields and corrosion environments initiation in zones of high concentration of stresses of their elements not only fields of stresses and strains, but also fields of damages takes place. At the same time depending on conditions of loading and environment various mechanisms of damages accumulation and fracture are realized. Among these mechanisms are the most dangerous such which taking into account of long static and thermomechanical cyclic loading lead to catastrophic (avalanche) fracture. At the same time identification and analysis of physically connected specificities of not isothermal and statistical mechanisms of accumulation of damages to material plays a very important role when forming criteria of achievement of various types of limit states which are described by the corresponding state equations with the parameters of criteria characteristics of mechanical properties of materials entering them. It is shown that in the direction of working out of materials criteria base of structural strength and technogenic safety justification of models of damages summation at complex impact conditions of the damaging operational factors is perspective. At the same time in addition to standard characteristicses of mechanical properties of structural materials it is necessary to include in the content of criteria base of structural materials science characteristicses of crack resistance, fatigue, cold resistance, corrosion resistance, characteristics of resistance to elastic and plastic strains, characteristics of cyclic hardening, softening and stabilization of material at repeated elastoplastic deformation in the wide range of temperatures of operational loading. New, perspective integrated criteria of safety of operation of technosphere objects is the criteria of unacceptable (critical) technogenic risk considering on the basis of criteria base of structural materials science probability of initiation to them of damages, refusals, fractures, emergency and catastrophic situations at all stages of a lifetime at design, beyond design basis and hypothetical situations.

критериальные характеристикитехнические системымеханические свойства материаловпрочностьнапряжениядеформацииповреждениеразрушениетехногенная безопасностьрискcriteria characteristicsestechnical systemsmechanical properties of materialsstrengthstressesstrainsdamagefracturetechnogenic safetyriskРабота выполнена за счет средств Государственного задания, код (шифр) научной темы, присвоенной учредителем (организацией) FFGU-2024-0021.ReferencesМахутов Н. А. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008. — 528 с.Makhutov N. A. Strength and safety. Fundamental and applied researches. — Novosibirsk: Nauka, 2008. — 528 p. [in Russian].Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Анализ переходов сложных систем в опасные состояния. — М.: МГОФ «Знание», 2025. — 688 с.Safety of Russia. Legal, social and economic and technical aspects. Analysis of transitions of complex systems to dangerous states. — Moscow: MGOF «Znanie», 2025. — 688 p. [in Russian].Прикладные задачи конструкционной прочности и механики разрушения технических систем / Под ред. В. В. Москвичева. — Новосибирск: Наука, 2021. — 796 с. DOI: 10.7868/978-5-02-038832-1Applied problems of a structural integrity and fracture mechanics of technical systems / V. V. Moskvichev, Ed. — Novosibirsk: Nauka, 2021. — 796 p. [in Russian]. DOI: 10.7868/978-5-02-038832-1Исследования и обоснование прочности и безопасности машин. К 300-летию Российской академии наук, 85-летию Института машиноведения РАН. — М.: МГОФ «Знание», 2023. — 832 с.Researches and justification of strength and safety of machines. To the 300th anniversary of the Russian Academy of Sciences, to the 85th anniversary of the Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences. — Moscow: MGOF «Znanie», 2023. — 832 p. [in Russian].Multiscale solid mechanics. strength, durability, and dynamics / H. Altenbach, V. A. Eremeyev, L. A. Igumnov, Eds. — Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2021. — 499 p. DOI: 10.1007/978-3-030-54928-2Multiscale solid mechanics. strength, durability, and dynamics / H. Altenbach, V. A. Eremeyev, L. A. Igumnov, Eds. — Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2021. — 499 p. DOI: 10.1007/978-3-030-54928-2Probability, combinatorics and control / A. Kostogryzov and V. Korolev, Eds. — London: IntechOpen, 2020. — 322 p. DOI: 10.5772/intechopen.79802Probability, combinatorics and control / A. Kostogryzov and V. Korolev, Eds. — London: IntechOpen, 2020. — 322 p. DOI: 10.5772/intechopen.79802Wei Z., Núnez A., Liu X., Dollevoet R., Li Z. Multi-criteria evaluation of wheel/rail degradation at railway crossings / Tribol. Int. 2020. Vol. 144. P. 106107. DOI: 10.1016/j.triboint.2019.106107Wei Z., Núnez A., Liu X., Dollevoet R., Li Z. Multi-criteria evaluation of wheel/rail degradation at railway crossings / Tribol. Int. 2020. Vol. 144. P. 106107. DOI: 10.1016/j.triboint.2019.106107Gope P. C., Mahar C. S. Evaluation of fatigue damage parameters for Ni-based super alloys Inconel 825 steel notched specimen using stochastic approach / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2020. Vol. 44. No. 2. P. 427 – 443. DOI: 10.1111/ffe.13369Gope P. C., Mahar C. S. Evaluation of fatigue damage parameters for Ni-based super alloys Inconel 825 steel notched specimen using stochastic approach / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2020. Vol. 44. No. 2. P. 427 – 443. DOI: 10.1111/ffe.13369Гаденин М. М. Базовые подходы к обоснованию критериальных характеристик конструкционного материаловедения при обеспечении безопасных условий эксплуатации оборудования техносферы / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2025. № 6. С. 5 – 17. DOI: 10.36535/0869-4176-2025-06-1Gadenin M. M. Basic approaches to justification of criteria characteristics of constructional materials science at providing safe service conditions of equipment of technosphere / Probl. Bezopasn. Chrezvych. Sit. 2025. No. 6 [in Russian].Надежность. Риск. Качество / Под. ред. Л. А. Сосновского. — Гомель: БелГУТ, 2012. — 358 с.Reliability. Risk. Quality / L. A. Sosnovsky, Ed. Belarusian state university of transport. — Gomel: BELGUT, 2012. — 358 p. [in Russian].Askari M., Hutchins D. A., Thomas P. J., et al. Additive manufacturing of metamaterials: a review / Additive Manufact. 2020. Vol. 36. P. 101562. DOI: 10.1016/j.addma.2020.101562Askari M., Hutchins D. A., Thomas P. J., et al. Additive manufacturing of metamaterials: a review / Additive Manufact. 2020. Vol. 36. P. 101562. DOI: 10.1016/j.addma.2020.101562Chiyatan T., Uthaisangsuk V. Mechanical and fracture behavior of high strength steels under high strain rate deformation: experiments and modeling / Mater. Sci. Eng. A. 2020. Vol. 779 P. 139125. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139125Chiyatan T., Uthaisangsuk V. Mechanical and fracture behavior of high strength steels under high strain rate deformation: experiments and modeling / Mater. Sci. Eng. A. 2020. Vol. 779 P. 139125. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139125Zinin A. V., Sintsova E. V., Bolotnikov B. I. Steel fatigue under non-stationary cyclic loading with low cycle overloads / Procedia Structural Integrity. 15th Int. Conf. on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures. 2022. P. 470 – 476. DOI: 10.1016/j.prostr.2022.04.064Zinin A. V., Sintsova E. V., Bolotnikov B. I. Steel fatigue under non-stationary cyclic loading with low cycle overloads / Procedia Structural Integrity. 15th Int. Conf. on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures. 2022. P. 470 – 476. DOI: 10.1016/j.prostr.2022.04.064Romanov A. N. Damage accumulation and limit states under the low-cycle loading of structural softening steel / Eng. Failure Anal. 2022. Vol. 142. P. 106836. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.106836Romanov A. N. Damage accumulation and limit states under the low-cycle loading of structural softening steel / Eng. Failure Anal. 2022. Vol. 142. P. 106836. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.106836Лепов В. В. Надежность и ресурс технических систем в экстремальных условиях эксплуатации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. ¹ 6. С. 36 – 39. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-6-36-39Lepov V. V. The reliability and lifetime of engineering systems in extreme operation conditions / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. No. 6. P. 36 – 39 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-6-36-39Raasheduddin A., Barrett P. R., Tasnim H. Unified viscoplasticity modeling for isothermal low-cycle fatigue and fatigue-creep stress-strain responses of Haynes 230 / Int. J. Solids Struct. 2016. Vol. 88 – 89. P. 131 – 145. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2016.03.012Raasheduddin A., Barrett P. R., Tasnim H. Unified viscoplasticity modeling for isothermal low-cycle fatigue and fatigue-creep stress-strain responses of Haynes 230 / Int. J. Solids Struct. 2016. Vol. 88 – 89. P. 131 – 145. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2016.03.012Shang-Lin Zhang, Fu-Zhen Xuan. Interaction of cyclic softening and stress relaxation of 9 – 12% Cr steel under strain-controlled fatigue-creep condition: experimental and modeling / Int. J. Plasticity. 2017. Vol. 98. P. 45 – 64. DOI: 10.1016/j.ijplas.2017.06.007Shang-Lin Zhang, Fu-Zhen Xuan. Interaction of cyclic softening and stress relaxation of 9 – 12% Cr steel under strain-controlled fatigue-creep condition: experimental and modeling / Int. J. Plasticity. 2017. Vol. 98. P. 45 – 64. DOI: 10.1016/j.ijplas.2017.06.007Степнов М. Н. Новый подход к расчету коэффициента запаса прочности при циклическом нагружении / Вестник машиностроения. 2004. ¹ 11. С. 14 – 17.Stepnov M. N. New approach to computation of stregth margin coefficient at cyclic loading / Vestn. Mashinostr. 2004. No. 11. P 14 – 17 [in Russian].Romanov A. N. The kinetic of the true stress at low-cycle loading / J. Phys. Conf. Ser. VIII Int. Conf. «Deformation and Fracture of Materials and Nanomaterials». 2020. P. 012048. DOI: 10.1088/1742-6596/1431/1/012048Romanov A. N. The kinetic of the true stress at low-cycle loading / J. Phys. Conf. Ser. VIII Int. Conf. «Deformation and Fracture of Materials and Nanomaterials». 2020. P. 012048. DOI: 10.1088/1742-6596/1431/1/012048Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения. К 80-летию Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН. — М.: ЛЕНАНД, 2018. — 720 с.Problems of strength, technogenic safety and structural materials science / To the 80 anniversary of the A. A. Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences. — Moscow: LENAND, 2018. — 720 p. [in Russian].Романов А. Н. Сопротивление деформированию конструкционных материалов при циклическом нагружении / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 4. С. 54 – 59.Romanov A. N. Resistance to deformation of structural materials at cyclic loading / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin. 2017. No. 4. P. 54 – 59 [in Russian].Махутов Н. А. Безопасность и риски: системные исследования и разработки. — Новосибирск: Наука, 2017. — 724 с.Makhutov N. A. Safety and risks: system studies and workings out. — Novosibirsk: Nauka, 2017. — 724 p. [in Russian].Вероятностный риск-анализ конструкций технических систем / Отв. ред. Ю. И. Шокин. — Новосибирск: Наука, 2003. — 174 с.Probabilistic risk analysis of structures of technical systems / Yu. I. Shokin, Ed. — Novosibirsk: Nauka. 2003. — 174 p. [in Russian].Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Анализ и обеспечение защищенности от чрезвычайных ситуаций. — М: МГОФ «Знание», 2021. — 500 с.Safety of Russia. Legal, social and economic and technical aspects. The analysis and ensuring of protectability from emergency situations. — Moscow: MGOF «Znanie», 2021. — 500 p. [in Russian].Altmetwally E. M., Muhammed H. Z., El-Sherpieny E. A. Bivariate Weibull distribution: Properties and different methods of estimation / Ann. Data Sci. 2020. Vol. 7. No. 1. P. 163 – 193. DOI: 10.1007/s40745-019-00197-5Altmetwally E. M., Muhammed H. Z., El-Sherpieny E. A. Bivariate Weibull distribution: Properties and different methods of estimation / Ann. Data Sci. 2020. Vol. 7. No. 1. P. 163 – 193. DOI: 10.1007/s40745-019-00197-5Гаденин М. М. Характеристики механических свойств материалов в анализе условий достижения предельных состояний / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 2. С. 58 – 63.Gadenin M. M. Characteristicses of mechanical properties of materials for the analysis of conditions of achievement of limit states / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2012. Vol. 78. No. 2. P. 58 – 63 [in Russian].Prasad Reddy G. V., Dinesh P. M., Sandhya R., et al. Behavior of 321 stainless steel under engineering stress and strain controlled fatigue / Int. J. Fatigue. 2016. Vol. 92. P. 272 – 280. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2016.07.009Prasad Reddy G. V., Dinesh P. M., Sandhya R., et al. Behavior of 321 stainless steel under engineering stress and strain controlled fatigue / Int. J. Fatigue. 2016. Vol. 92. P. 272 – 280. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2016.07.009

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