Учредители
• Институт машиноведения им. А.А. Благонравова
Российской академии наук
• Московский государственный индустриальный университет
Издатель
Московский государственный индустриальный университет
Журнал зарегистрирован 30 декабря 2004 г. Федеральной службой
по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых
коммуникаций и охране культурного наследия.
Свидетельство о регистрации ПИ ¹ ФС 77-19294.
РЕДКОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Ганиев Р.Ф., академик РАН, директор Института машиноведения
им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
Скопинский Â.Í., ä.ò.í., ïðîô. (ÔÃÁÎÓ ВПО ÌÃÈÓ)
ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
Пановко Ã.ß., ä.ò.í., ïðîô. (ÈÌÀØ ÐÀÍ)
Овчинников Â.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÔÃÓÏ РСК ÌÈÃ)
ЧЛЕНЫ РЕДКОЛЛЕГИИ
Алешин Í.Ï., академик ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Асташев Â.Ê., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Беляков Ã.Ï., ä.ý.í., ïðîô. (Êðàñíîÿðñê)
Бобровницкий Þ.È., ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Вайсберг Ë.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Горкунов Ý.Ñ., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Åêàòåðèíáóðã)
Григорян Â.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Дроздов Þ.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Индейцев Ä.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Колесников À.Ã., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Кошелев Î.Ñ., ä.ò.í., ïðîô. (Í. Íîâãîðîä)
Лунев À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Махутов Í.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Перминов Ì.Ä., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Петров À.Ï., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Полилов À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Поникаров Ñ.È., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Приходько Â.Ì., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Резчиков À.Ô., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàðàòîâ)
Рототаев Ä.À., ä.ò.í., ïðîô., àêàä. РА РАН (Ìîñêâà)
Федоров Ì.Ï., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Чаплыгин Þ.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Шляпин À.Ä., ä.ò.í, ïðîô. (Ìîñêâà)
Штриков Á.Ë., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàìàðà)
J. Cieślik, Dr. Sci., prof. (Krakow, Poland)
J.-G. Fontaine, Dr. Sci., prof. (La Spezia, Italy)
A.V. Metrikine, Dr. Sci., prof.
(Delft, Netherlands)
K. Ragulskis, Àcademician (Kaunas, Lithuania)
G. Rega, Dr. Sci., prof. (Rome, Italy)
V.P. Roizman, Dr. Sci., prof. (Khmelnitsky, Ukraine)
S.V. Sorokin, Dr. Sci., prof. (Aalborg, Denmark)
J. Viba, Academician (Riga, Latvia)
G.E. Otto Widera, Dr. Sci., prof. (Marquette, USA)
ВНИМАНИЮ ПОДПИСЧИКОВ!
Подписка на журнал
«Машиностроение и инженерное образование»
проводится в Издательстве МГИУ
Òåë.: (495) 276-33-67. Å-mail: mio@msiu.ru
Подписной индекс Роспечати 36942
© ФГБОУ ВПО ÌÃÈÓ, 2014
Машиностроение и инженерное образование, 2014, ¹ 2
МАШИНОСТРОЕНИЕ
И ИНЖЕНЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
¹ 2 (39) 2014
Выходит 4 раза в год
В номере
ПАМЯТИ ВЫДАЮЩЕГОСЯ УЧЕНОГО Ю.Н. РАБОТНОВА
А.М. Локощенко Некоторые проблемы ползучести
и длительной прочности металлов ............................................2
МАШИНЫ И СИСТЕМЫ МАШИН
И.Ф. Гончаревич, Э.Г. Гудушаури, Л.В. Гаврилина
Модернизация транспортно-перегрузочной техники
методами вибротехнологий ......................................................9
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
À.À. Çâåðåâ, À.Ì. Ëþá÷åíêî, À.Ä. Шляпин
Повышение качества покрытий
при электродуговой металлизации
полимерных композиционных материалов ............................... 15
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
О.Ф. Трофимов
Влияние уровня выбросов в случайном процессе
нагружения на накопление усталостного повреждения
в материале конструкций ....................................................... 20
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Ô.Á. Àíäðååâ, À.Ì. Ãóñüêîâ, Ô. Òóâåðåç, Ë. Блан
Моделирование динамики газового потока
в лабиринтном уплотнении ротора со статором ....................... 28
Â.È. Åðîôååâ, Ä.À. Êîëåñîâ, Å.Å. Лисенкова
Генерация волн источником, движущимся по деформируемой
направляющей, лежащей на упруго-инерционном основании .... 37
Е.Н. Аристова, Г.А. Пестрякова,
С.Г. Пономарев, М.И. Стойнов
Численное моделирование нейтронных потоков в отражателе
ядерного реактора при использовании новых углеродных
материалов ........................................................................... 41
М.М. Семенова, Ю.Г. Матвиенко
Прогнозирование траектории поверхностной трещины
при контактном нагружении в условиях трения скольжения ....... 47
Â.Á. Áóëàíîâ, È.Å. Ñåìåíîâ-Åæîâ, À.À. Ширшов
Концентрация напряжений в прессовых соединениях деталей ... 53
Требования к рукописям статей .............................................. 59
Уважаемые читатели!
Журнал «Машиностроение и инженерное
образование» входит в Перечень ведущих
рецензируемых научных журналов и изданий,
в которых публикуются основные
научные результаты диссертаций на
соискание ученых степеней доктора или
кандидата наук.
1
ISSN 1815-1051
Стр.1
ПАМЯТИ ВЫДАЮЩЕГОСЯ УЧЕНОГО Ю.Н. РАБОТНОВА
А.М. Локощенко
Памяти выдающегося советского ученого, академика
Юрия Николаевича Работнова
вич Работнов (1914–1985), выдающийся
Академик
Юрий Николаеученый-механик,
внес
принципиальный вклад в
развитие теории упругости и
пластичности, теории оболочек
и устойчивости упруго-вязкопластических
систем, теории ползучести
металлов и наследственной
теории упругости, которые
нашли применение при расчете
и проектировании конструкций.
Он активно работал в новых направлениях механики разрушения,
механики поврежденности и механики композиционных
материалов. Трудно найти область механики деформируемого
твердого тела, в которой Ю.Н. Работнов не получил бы яркие
классические результаты. Его всегда отличали поразительное
ощущение нового, умение блестяще сформулировать задачу и
эффектно изложить полученные результаты. Высокая общая и
математическая культура, широкая эрудиция, разумное сочетание
тонкой теории и тщательной экспериментальной проверки
привели к тому, что еще при жизни Юрий Николаевич по праву
занял место в плеяде классиков механики. Подтверждением
тому является нестареющий интерес к его идеям, результатам.
Его книги неоднократно переиздавались, они есть почти у
каждого ученого-механика и прочниста.
Творческая деятельность Ю.Н. Работнова в системе высшей
школы и Академии наук позволяла ему привлекать к научным
исследованиям своих университетских учеников, студентов
и аспирантов Московского государственного университета
им. М.В. Ломоносова, Новосибирского государственного
университета. 3а годы работы под его руководством многие
ученые защитили кандидатские и докторские диссертации,
получили поддержку в своей научной и педагогической карьере,
заняли видное место в области механики деформируемого
твердого тела и с гордостью могут причислить себя к
научной школе Ю.Н. Работнова. К ним относятся члены РАН
Б.Д. Аннин, С.А. Шестериков, Е.В. Ломакин. Ученики Ю.Н. Работнова
работают в Московском государственном университете
им. М.В. Ломоносова, Институте механики, Институте машиноведения
РАН, Московском авиационном институте (техническом
университете), Новосибирском государственном университете,
Институте гидродинамики СО РАН, других учебных
и научных организациях в России и за рубежом.
УДК 539.376; 539.42
НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛЗУЧЕСТИ
И ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ*
А.М. Локощенко
Приведены основные экспериментальные и теоретические результаты по
ползучести и длительной прочности металлов, полученные в Институте механики
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Эти результаты
представляют собой развитие и обобщение кинетической теории ползучести и
длительной прочности, разработанной выдающимся советским ученым академиком
Юрием Николаевичем Работновым. Описаны основные особенности моделей
ползучести металлов при постоянных и переменных напряжениях, при одноосном
и сложном напряженных состояниях, при учете агрессивной среды и т.д.
Ключевые слова: кинетическая теория, ползучесть, длительная прочность,
поврежденность, растяжение, виброползучесть, моделирование.
Введение
В этом году исполняется 100 лет со дня
рождения выдающегося советского ученого, академика
Юрия Николаевича Работнова. Юрий
Николаевич разработал несколько принципиально
новых научных направлений. Особое
место в этом ряду занимают его пионерские
результаты в области ползучести и длительной
прочности материалов.
В фундаментальной монографии [1] Ю.Н. Работнов
подытожил результаты широкого круга
2
Машиностроение и инженерное образование, 2014, ¹ 2
© À.Ì. Локощенко, 2014
исследований, проводившихся во всем мире,
и сформулировал теорию ползучести в форме
концепции уравнения механического состояния.
Согласно этой концепции скорость ползучести
p
структурно устойчивого материала зависит
от величины приложенного напряжения
σ , температуры T и структурного состояния
материала в этот момент времени t:
pp T q=σ q q N
( , , ,12,..., ).
(1)
Структурное состояние материала можно
характеризовать набором величин qq q12, ,...,
N ,
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (ïðîåêò № 14-08-00570).
Стр.2
ПАМЯТИ ВЫДАЮЩЕГОСЯ УЧЕНОГО Ю.Н. РАБОТНОВА
Некоторые проблемы ползучести и длительной прочности металлов
которые называются структурными параметрами.
Структурные параметры ( 1,2,..., )
qi N в
i
=
процессе деформирования изменяются во времени
в соответствии с кинетическими уравнениями
dq
a dp b d c dt g dT,
ii i=+ σ + i
+ i
причем коэффициенты ,,,
pt Tσ
iii i
В качестве структурных параметров qi можно
рассматривать
,, , , а также от параметров 12
деформацию
(2)
ab c g – функции от
qq, ,..., .N
q
ползучести p,
поврежденность ,ω рассеянную работу, эффективную
площадь сечения, уменьшающуюся
вследствие растрескивания, размер магистральной
трещины, плотность дислокаций,
уменьшающуюся при растяжении, плотность
материала и др. С помощью системы уравнений
(1)–(2) можно описать различные наблюдаемые
в экспериментах особенности ползучести
и длительной прочности металлов.
В данной статье приведены некоторые экспериментально-теоретические
результаты, полученные
в этом направлении сотрудниками
Института механики МГУ им. М.В. Ломоносова.
До 2002 года эти исследования проводились
под руководством члена-корреспондента Российской
академии наук Сергея Александровича
Шестерикова, с 2003 ã. по настоящее время –
под руководством автора настоящей статьи.
отношения /(1 )
Соотношения ползучести с учетом
нескольких параметров состояния
Существующая методика введения ω в виде
σ −ω приводит к òîìó, что в
случае условного разделения кривой ползучести
при постоянном напряжении на участки
установившейся и ускоренной ползучести граница
между ними строго определена. Было показано
[2], что если в качестве эффективного
напряжения вместо /(1 )σ−ω принять отношение
/(1 ),r
σ−ω где показатель степени r 0> характеризует
нелинейность влияния накопленной
поврежденности на процесс ползучести, то
это расширит возможности описания реально
наблюдаемых кривых ползучести.
Большой интерес представляет
гипотеза
наличия двух кинетических параметров поврежденности
1
могут быть записаны в виде [3]
()
1
1 12 2
,, ,
,
где F1 и F2
ω=FT F T ,
σ ω ω ω = σ ω ω
– функции указанных параметров.
ω и 2ω , для которых уравнения
Эти соотношения являются дополнением к
уравнению механического состояния, которое
в данном случае может быть представлено в
виде
pp p T=σ ω ω .
,, , ,12
()
Подобно тому, как для одного параметра ω
условием разрушения считается достижение
этим параметром некоторого критического
значения, которое можно принять за единицу,
для случая двухпараметрической системы
предельное состояние можно определить условием
[3]
max ( ( ),12 ( )) 1tt
ωω = ,
**
где t *
– время до разрушения.
Такое представление процесса накопления
повреждений позволяет описать ряд наблюдаемых
в экспериментах явлений. Так, в случае,
если кинетические уравнения записать в форме
независимой простейшей системы
(3)
где À1
определяет напряжение 0σ , при котором одновременно
1ω и 2
n и 2
что кривая длительной прочности в логарифмических
координатах имеет вид ломаной, при
этом наклон отрезков определяется показателями
1
, À2
, n1
, n2
n . Точка пересечения двух прямых
ω достигают за одно и то же
время своего критического значения. В дальнейших
работах были рассмотрены различные
варианты обобщения соотношений: учет взаимного
влияния параметров поврежденности
ω и 2ω , мгновенной поврежденности при квазистатическом
нагружении, видоизмененного
критерия длительного разрушения и т.д. Показано,
что с помощью различного введения двух
параметров поврежденности можно описать
наблюдаемые во многих испытаниях различ1
ные
отклонения суммы парциальных времен S
от единицы, при этом величина S изменяется в
диапазоне от 0 до 2.
и ω
Немонотонная зависимость
предельной деформации
ползучести от напряжения
Характерной особенностью зависимостей p
от напряжения σ является то, что эти за
2
12,, ,() соответствующая
висимости обычно имеют вид степенных функций.
В этом случае предельная деформация *
разрушению,
оказывается
монотонной функцией от напряжения, однако
3
Машиностроение и инженерное образование, 2014, ¹ 2
p ,
– константы, легко показать,
Стр.3