zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2017-83-10-55-64zldm-549Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSСОВРЕМЕННЫЕ ЗАДАЧИ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ И МЕХАНИКИ КАТАСТРОФUNIFICATION OF COMPUTATION AND EXPERIMENTAL METHODS OF TESTING FOR CRACK RESISTANCE: DEVELOPMENT OF THE FRACTURE MECHANICS AND NEW GOALSМахутовН. А.MakhutovN. A.imash-ru@mail.ruМосквичевВ. В.MoskvichevV. V.krasn@ict.nsc.ruМорозовЕ. М.MorozovE. V.noemail@neicon.ruГольдштейнР. В.GoldsteinR. V.noemail@neicon.ruИнститут машиноведения им. А.А. Благонравова РАНRussian FederationИнститут вычислительных технологий СО РАН. Красноярский филиал - Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука»Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»Russian FederationИнститут прикладной механики РАНRussian Federation20170110201783105564Copyright © Махутов Н.А., Москвичев В.В., Морозов Е.М., Гольдштейн Р.В., 20172017Махутов Н.А., Москвичев В.В., Морозов Е.М., Гольдштейн Р.В.Makhutov N.A., Moskvichev V.V., Morozov E.V., Goldstein R.V.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/549

Представлены результаты проведения базового эксперимента по механике разрушения в целях проверки основных методических положений испытаний на трещиностойкость. Отмечен ряд проблемных вопросов и ограничений, возникающих при проведении испытаний и интерпретации их результатов, особенно при использовании пластичных сталей и стремлении распространить положения и требования линейной механики разрушения на условия упругопластического деформирования и разрушения. Приведен перечень методических рекомендаций по определению характеристик трещиностойкости для конкретных классов материалов и условий испытаний с привязкой к конкретным объектам и конструкциям, ранее разработанных НМКС и изданных в конце 1990-х годов. Более детально отражена содержательная часть методических рекомендаций, регламентирующих общие подходы к проведению расчетов на трещиностойкость с описанием блок-схемы расчетов по критериям механики разрушения. Показаны области применения силовых, энергетических и деформационных критериев разрушения, применяемые коэффициенты запаса и диапазоны их значений. Рассмотрены тенденции и основные направления развития расчетно-экспериментальных методов механики разрушения и обозначены первоочередные задачи унификации методов испытаний и расчетов на трещиностойкость.

Results of the activities of the Scientific and Methodological Commission for Standardization in the field of Fracture Mechanics of the Scientific and Technical Council of the State Standard of the USSR in connection with the 40th anniversary of its creation are presented. An emphasis is made on the results of the basic experiment in fracture mechanics in order to verify the main methodological guidelines of tests for crack resistance. A number of problematic issues and limitations arising upon testing and interpretation of the results, especially when using plastic steels and inherent strive to extend ideas and requirements of linear fracture mechanics to elastoplastic strain and fracture. The list of methodological recommendations for determining the characteristics of crack resistance for specific classes of materials and test conditions with reference to specific objects and structures previously developed by the commission and published in the late 1990s is presented. The substantial part of the methodological recommendations regulating the general approaches to carrying out calculations for crack resistance with a description of the flowchart calculations based on the criteria of fracture mechanics is given in more details. Areas of application of force, energy and deformation criteria of fracture are determined, as well as existing assurance coefficients and their allowed values are specified. The main trends and directions of the development of computational and experimental methods of fracture mechanics are considered in conclusion along with the primary goals of unification of test and computation methods used for determination of the crack resistance.

механика разрушенияиспытания на трещиностойкостьхарактеристики трещиностойкостикритерии разрушениякоэффициенты запасаfracture mechanicstests for crack resistancecrack resistance characteristicsfailure criteriaassurance coefficientReferencesВолков В.А., Орестов А.М., Карзов Г.П. и др. Экспериментальная оценка применимости методических указаний для определения характеристик трещиностойкости низкопрочных сталей / Унификация методов испытаний металлов на трещиностойкость. Вып. 2. - М.: Изд-во стандартов, 1982. С. 10-31.Волков В.А., Орестов А.М., Карзов Г.П. и др. Экспериментальная оценка применимости методических указаний для определения характеристик трещиностойкости низкопрочных сталей / Унификация методов испытаний металлов на трещиностойкость. Вып. 2. - М.: Изд-во стандартов, 1982. С. 10-31.Проблемы разрушения металлов. Материалы семинаров. - М.: Изд. МДНТП, 1975.- 208 с.Проблемы разрушения металлов. Материалы семинаров. - М.: Изд. МДНТП, 1975.- 208 с.Проблемы разрушения металлов. Материалы семинаров. - М.: Изд. МДНТП, 1977. - 175 с.Проблемы разрушения металлов. Материалы семинаров. - М.: Изд. МДНТП, 1977. - 175 с.Проблемы разрушения металлов. Материалы семинаров. - М.: Изд. МДНТП, 1980.- 246 с.Проблемы разрушения металлов. Материалы семинаров. - М.: Изд. МДНТП, 1980.- 246 с.Проблемы разрушения металлов и фрактография. Материалы семинаров. -М.: Изд. МДНТП, 1989. - 138 с.Проблемы разрушения металлов и фрактография. Материалы семинаров. -М.: Изд. МДНТП, 1989. - 138 с.Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. -М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. -М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.Красовский А.А., Вайншток В.А. Критерий разрушения материалов, учитывающий вид напряженного состояния у вершины трещины / Проблемы прочности. 1978. № 5. С. 64 - 69.Красовский А.А., Вайншток В.А. Критерий разрушения материалов, учитывающий вид напряженного состояния у вершины трещины / Проблемы прочности. 1978. № 5. С. 64 - 69.Махутов Н.А., Москвичев В.В., Козлов А.Г., Сухоруков С.В. Расчет на трещиностойкость плоских элементов конструкций с использованием J-интеграла / Проблемы прочности. 1988. № 8. С. 3 - 14.Махутов Н.А., Москвичев В.В., Козлов А.Г., Сухоруков С.В. Расчет на трещиностойкость плоских элементов конструкций с использованием J-интеграла / Проблемы прочности. 1988. № 8. С. 3 - 14.Механика катастроф. Определение характеристик трещиностойкости конструкционных материалов: Методические рекомендации. - М.: Изд. МИБ СТС. Ассоциация КОДАС, 1995. - 360 с.Механика катастроф. Определение характеристик трещиностойкости конструкционных материалов: Методические рекомендации. - М.: Изд. МИБ СТС. Ассоциация КОДАС, 1995. - 360 с.Механика катастроф. Определение характеристик трещиностойкости конструкционных материалов: Методические рекомендации. Т. 2. - М.: Изд. ФЦГТП ПП «Безопасность». Ассоциация КОДАС, 2001. - 254 с.Механика катастроф. Определение характеристик трещиностойкости конструкционных материалов: Методические рекомендации. Т. 2. - М.: Изд. ФЦГТП ПП «Безопасность». Ассоциация КОДАС, 2001. - 254 с.Унификация и стандартизация методов расчетов и испытаний на прочность: Сб. статей. Вып. 1. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 88 с.Унификация и стандартизация методов расчетов и испытаний на прочность: Сб. статей. Вып. 1. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 88 с.МР 1-89. Методические рекомендации. Расчеты и испытания на прочность. Расчетные методы определения несущей способности и долговечности элементов машин и конструкций. Расчеты на прочность по критериям механики разрушения. Общие положения. - Красноярск: КПСНИИП, 1988. - 14 с.МР 1-89. Методические рекомендации. Расчеты и испытания на прочность. Расчетные методы определения несущей способности и долговечности элементов машин и конструкций. Расчеты на прочность по критериям механики разрушения. Общие положения. - Красноярск: КПСНИИП, 1988. - 14 с.Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов подконтрольных Госгортехнадзору России / Безопасность труда в промышленности. 1996. № 3. С. 45-51.Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов подконтрольных Госгортехнадзору России / Безопасность труда в промышленности. 1996. № 3. С. 45-51.Лепихин А.М., Махутов Н.А., Москвичев В.В., Черняев А.П. Вероятностный риск-анализ конструкций технических систем. - Новосибирск: Наука, 2003. - 174 с.Лепихин А.М., Махутов Н.А., Москвичев В.В., Черняев А.П. Вероятностный риск-анализ конструкций технических систем. - Новосибирск: Наука, 2003. - 174 с.Тимашев С.А. Инфраструктуры. Ч. 1. Надежность. Долговечность. - Екатеринбург: Изд. УрО РАН, 2016. - 530 с.Тимашев С.А. Инфраструктуры. Ч. 1. Надежность. Долговечность. - Екатеринбург: Изд. УрО РАН, 2016. - 530 с.Гетман А.Ф. Концепция безопасности «течь перед разрушением» для сосудов и трубопроводов давления АЭС. - М.: Энергоатом-издат, 1999. - 258 с.Гетман А.Ф. Концепция безопасности «течь перед разрушением» для сосудов и трубопроводов давления АЭС. - М.: Энергоатом-издат, 1999. - 258 с.Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. - М.: Наука, 2008. - 334 с.Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. - М.: Наука, 2008. - 334 с.Ионов В.H., Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела. - М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.Ионов В.H., Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела. - М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.Партон В.З., Борисковский В.Г. Динамика хрупкого разрушения. - М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.Партон В.З., Борисковский В.Г. Динамика хрупкого разрушения. - М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.Москвичев В.В., Махутов Н.А., Черняев А.П. и др. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем. - Новосибирск: Наука, 2002. - 334 с.Москвичев В.В., Махутов Н.А., Черняев А.П. и др. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем. - Новосибирск: Наука, 2002. - 334 с.Копельман Л. А. Сопротивляемость сварных узлов хрупкому разрушению. - Л.: Машиностроение, 1978. -232 с.Копельман Л. А. Сопротивляемость сварных узлов хрупкому разрушению. - Л.: Машиностроение, 1978. -232 с.Карзов Г.П., Леонов В.П., Тимофеев Б.Т. Сварные сосуды высокого давления. - Л.: Машиностроение, 1982. - 287 с.Карзов Г.П., Леонов В.П., Тимофеев Б.Т. Сварные сосуды высокого давления. - Л.: Машиностроение, 1982. - 287 с.Шахматов М.В., Ерофеев В.В., Коваленко В.В. Работоспособность и неразрушающий контроль сварных соединений с дефектами. - Челябинск: ЦНТИ, 2000. - 227 с.Шахматов М.В., Ерофеев В.В., Коваленко В.В. Работоспособность и неразрушающий контроль сварных соединений с дефектами. - Челябинск: ЦНТИ, 2000. - 227 с.Ларионов В.П. и др. Сварка и проблемы вязкохрупкого перехода. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. - 593 с.Ларионов В.П. и др. Сварка и проблемы вязкохрупкого перехода. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. - 593 с.Доронин С.В., Лепихин А.М., Москвичев В.В., Шокин Ю.И. Моделирование прочности и разрушения несущих конструкций технических систем. - Новосибирск: Наука, 2005. - 250 с.Доронин С.В., Лепихин А.М., Москвичев В.В., Шокин Ю.И. Моделирование прочности и разрушения несущих конструкций технических систем. - Новосибирск: Наука, 2005. - 250 с.Карзов Г.П., Марголин В. 3., Швецова В.А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. - СПб.: Политехника, 1993. -391 с.Карзов Г.П., Марголин В. 3., Швецова В.А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. - СПб.: Политехника, 1993. -391 с.Буров А.Е., Кокшаров И.И., Москвичев В.В. Моделирование разрушения и трещиностойкость волокнистых металлоком-позитов. - Новосибирск: Наука, 2003. - 173 с.Буров А.Е., Кокшаров И.И., Москвичев В.В. Моделирование разрушения и трещиностойкость волокнистых металлоком-позитов. - Новосибирск: Наука, 2003. - 173 с.Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов. - М.: Изд-во МГТУ, 2015. - 375 с.Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов. - М.: Изд-во МГТУ, 2015. - 375 с.Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. - М.: Наука, 1983. - 296 с.Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. - М.: Наука, 1983. - 296 с.Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. - М.: Наука, 1988. - 224 с.Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. - М.: Наука, 1988. - 224 с.Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. - М.: Машиностроение, 1999. - 544 с.Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. - М.: Машиностроение, 1999. - 544 с.Панасюк В.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов. - Киев: Наукова думка, 1990. - 545 с.Панасюк В.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов. - Киев: Наукова думка, 1990. - 545 с.Романив О.H., Никифорчин Г.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. - М.: Металлургия, 1986. - 294 с.Романив О.H., Никифорчин Г.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. - М.: Металлургия, 1986. - 294 с.Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. - Киев: Наукова думка, 1987. - 252 с.Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. - Киев: Наукова думка, 1987. - 252 с.Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. - М.: Наука, 1980. - 256 с.Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. - М.: Наука, 1980. - 256 с.Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин. - М.: Наука, 1984. - 256 с.Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин. - М.: Наука, 1984. - 256 с.Андрейкив А.Е. Пространственные задачи теории трещин. - Киев: Наукова думка, 1982. - 348 с.Андрейкив А.Е. Пространственные задачи теории трещин. - Киев: Наукова думка, 1982. - 348 с.Гольдштейн Р.В., Ентов В.М. Качественные методы в механике сплошных сред. - М.: Наука, 1989. - 224 с.Гольдштейн Р.В., Ентов В.М. Качественные методы в механике сплошных сред. - М.: Наука, 1989. - 224 с.Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. - М.: Ленанд, 2008. - 456 с.Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. - М.: Ленанд, 2008. - 456 с.Шарый Н.В., Семишкин В.П., Пиминов В.А., Драгунов Ю.Г. Прочность основного оборудования и трубопроводов реакторных установок ВВЭР. - М.: ИздАТ, 2004. - 496 с.Шарый Н.В., Семишкин В.П., Пиминов В.А., Драгунов Ю.Г. Прочность основного оборудования и трубопроводов реакторных установок ВВЭР. - М.: ИздАТ, 2004. - 496 с.Махутов Н.А., Фролов К.В., Драгунов Ю.Г. и др. Анализ риска и повышение безопасности водо-водяных энергетических реакторов. - М.: Наука, 2009. - 499 с.Махутов Н.А., Фролов К.В., Драгунов Ю.Г. и др. Анализ риска и повышение безопасности водо-водяных энергетических реакторов. - М.: Наука, 2009. - 499 с.Тимашев С.А., Бушинская А.В., Малюкова М. Г., Полуян Л.В. Целостность и безопасность трубопроводных систем. - Екатеринбург: УрО РАН, 2013. - 590 с.Тимашев С.А., Бушинская А.В., Малюкова М. Г., Полуян Л.В. Целостность и безопасность трубопроводных систем. - Екатеринбург: УрО РАН, 2013. - 590 с.Махутов Н.А., Лыглаев А.В., Большаков А.М. Хладостойкость (метод инженерной оценки). - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. - 195 с.Махутов Н.А., Лыглаев А.В., Большаков А.М. Хладостойкость (метод инженерной оценки). - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. - 195 с.Гетман А.Ф. Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 427 с.Гетман А.Ф. Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 427 с.Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. - Новосибирск: Наука, 2005. - 516 с.Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. - Новосибирск: Наука, 2005. - 516 с.Лебедев А.А., Ковальчук Б.И., Гигиняк Ф.Ф., Ломашевский В.П. Механические свойства конструкционных материалов: справочник. - Киев: Наукова думка, 1983. - 367 с.Лебедев А.А., Ковальчук Б.И., Гигиняк Ф.Ф., Ломашевский В.П. Механические свойства конструкционных материалов: справочник. - Киев: Наукова думка, 1983. - 367 с.Машиностроение. Энциклопедия. Том II-1. Физико-механические свойства. Испытания металлических материалов. - М.: Машиностроение, 2010. - 852 с.Машиностроение. Энциклопедия. Том II-1. Физико-механические свойства. Испытания металлических материалов. - М.: Машиностроение, 2010. - 852 с.Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. - М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. - М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.Левин В.А., Морозов Е.М., Матвиенко Ю.Г. Избранные нелинейные задачи механики разрушения. - М.: Физматлит, 2004. - 408 с.Левин В.А., Морозов Е.М., Матвиенко Ю.Г. Избранные нелинейные задачи механики разрушения. - М.: Физматлит, 2004. - 408 с.Красовский А.Я. Хрупкость металлов при низких температурах. - Киев: Наукова думка, 1980. - 340 с.Красовский А.Я. Хрупкость металлов при низких температурах. - Киев: Наукова думка, 1980. - 340 с.Астафьев В.И., Радаев Ю.H., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения. - Самара: Изд-во «Самарский университет», 2001. - 632 с.Астафьев В.И., Радаев Ю.H., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения. - Самара: Изд-во «Самарский университет», 2001. - 632 с.Иванова В. С., Баланкин А.С., Бунин И. Ж., Оксогоев А.А. Синергетика и фракталы в материаловедении. - М.: Наука, 1994. - 383 с.Иванова В. С., Баланкин А.С., Бунин И. Ж., Оксогоев А.А. Синергетика и фракталы в материаловедении. - М.: Наука, 1994. - 383 с.Марголин Б.З., Фоменко В.H., Гуленко А.Г., Костылев В. И., Швецова В.А. Дальнейшее развитие модели «Прометей» и метода Unified Curve. Ч. 1. Развитие модели «Прометей» / Вопросы материаловедения. 2016. № 4(88). С. 120 - 150.Марголин Б.З., Фоменко В.H., Гуленко А.Г., Костылев В. И., Швецова В.А. Дальнейшее развитие модели «Прометей» и метода Unified Curve. Ч. 1. Развитие модели «Прометей» / Вопросы материаловедения. 2016. № 4(88). С. 120 - 150.Марголин Б.З., Гуленко А.Г., Фоменко В.H., Костылев В.И. Дальнейшее развитие модели «Прометей» и метода Unified Curve. Ч. 2. Развитие метода Unified Curve / Вопросы материаловедения. 2016. № 4(88). С. 151-178.Марголин Б.З., Гуленко А.Г., Фоменко В.H., Костылев В.И. Дальнейшее развитие модели «Прометей» и метода Unified Curve. Ч. 2. Развитие метода Unified Curve / Вопросы материаловедения. 2016. № 4(88). С. 151-178.Морозов Н.Ф., Петров Ю.В. Проблемы динамики разрушения твердых тел. - СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 1997. - 132 с.Морозов Н.Ф., Петров Ю.В. Проблемы динамики разрушения твердых тел. - СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 1997. - 132 с.

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