Использование климатического холода в научных исследованиях

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.

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

2. 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

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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

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

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

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

13. 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.

14. 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.

15. 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

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

17. 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.

18. 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.

19. 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

20. 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.

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

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

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

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

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

26. 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

27. 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.

28. 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

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

30. 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

31. 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