Критериальная база материаловедения в области конструкционной прочности и техногенной безопасности

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.

1. Махутов Н. А. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008. — 528 с.

2. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Анализ переходов сложных систем в опасные состояния. — М.: МГОФ «Знание», 2025. — 688 с.

3. Прикладные задачи конструкционной прочности и механики разрушения технических систем / Под ред. В. В. Москвичева. — Новосибирск: Наука, 2021. — 796 с. DOI: 10.7868/978-5-02-038832-1

4. Исследования и обоснование прочности и безопасности машин. К 300-летию Российской академии наук, 85-летию Института машиноведения РАН. — М.: МГОФ «Знание», 2023. — 832 с.

5. 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: 10.1007/978-3-030-54928-2

6. Probability, combinatorics and control / A. Kostogryzov and V. Korolev, Eds. — London: IntechOpen, 2020. — 322 p. DOI: 10.5772/intechopen.79802

7. Wei 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.2019.106107

8. Gope 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.13369

9. Гаденин 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: 10.36535/0869-4176-2025-06-1

10. Надежность. Риск. Качество / Под. ред. Л. А. Сосновского. — Гомель: БелГУТ, 2012. — 358 с.

11. 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.2020.101562

12. Chiyatan 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.2020.139125

13. Zinin 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.2022.04.064

14. Romanov 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.2022.106836

15. Лепов В. В. Надежность и ресурс технических систем в экстремальных условиях эксплуатации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. ¹ 6. С. 36 – 39. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-6-36-39

16. Raasheduddin 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.2016.03.012

17. Shang-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.2017.06.007

18. Степнов М. Н. Новый подход к расчету коэффициента запаса прочности при циклическом нагружении / Вестник машиностроения. 2004. ¹ 11. С. 14 – 17.

19. 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: 10.1088/1742-6596/1431/1/012048

20. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения. К 80-летию Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН. — М.: ЛЕНАНД, 2018. — 720 с.

21. Романов А. Н. Сопротивление деформированию конструкционных материалов при циклическом нагружении / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 4. С. 54 – 59.

22. Махутов Н. А. Безопасность и риски: системные исследования и разработки. — Новосибирск: Наука, 2017. — 724 с.

23. Вероятностный риск-анализ конструкций технических систем / Отв. ред. Ю. И. Шокин. — Новосибирск: Наука, 2003. — 174 с.

24. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Анализ и обеспечение защищенности от чрезвычайных ситуаций. — М: МГОФ «Знание», 2021. — 500 с.

25. 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/s40745-019-00197-5

26. Гаденин М. М. Характеристики механических свойств материалов в анализе условий достижения предельных состояний / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 2. С. 58 – 63.

27. 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.2016.07.009