Развиваются исследования

Влияние отверстий на развитие усталостных трещин состоит в следующем [22]. Если на пути развивающейся усталостной трещины встречается круглое отверстие, то тормозящий эффект итого отверстия, проявляющийся после входа в него трещины (независимо от размера и расположения отверстия), практически компенсируется ускорением роста трещины при ее приближении к отверстию (за счет увеличения коэффициента интенсивности напряжений) и увеличением размера повреждения (за счет присоединения к повреждению самого отверстия). Ускоренному появлению вторичной трещины из такого рода отверстий может способствовать, по-видимому, предварительная интенсивная наработка в зоне отверстия.

конструкции решается задача прогнозирования ее ресурса с моделированием процесса роста усталостных трещин, а с другой — необходимо уточнять периодичность вводимого контроля деталей, определяя реальный кинетический процесс в эксплуатации, и осуществлять воздействие на деталь с трещиной с целью уменьшения скорости ее роста вплоть до частичной остановки трещины. Изложенная система позволяет управлять процессом усталостного разрушения на всех этапах эксплуатации конструкции. Основой этой системы является представление о том, как ведет себя металл, воплощенный в элемент конструкции, с развивающейся усталостной трещиной.

В лабораторных условиях рассматривается поведение материала с развивающейся усталостной трещиной при однопараметрическом воздействии, когда остальные факторы остаются неизменными во времени или дискретно меняются при переходе от одного образца к другому. Изучение каждого из факторов воздействия на материал отдельно друг от друга не позволяет проводить интегральную оценку его поведения в реальных условиях эксплуатации, которые соответствуют много -параметрическому или многофакторному воздействию. Поэтому возникает необходимость введения коэффициентов запаса, которые должны учитывать усугубление ситуации в развитии разрушения при эксплуатационном нагружении по отношению к лабораторному опыту. Но и в этом случае введение самих коэффициентов запаса должно быть обосновано с единых позиций, которые учитывают энергетические затраты на формирование свободной поверхности и деформирование материала перед вершиной трещины. Вся эта информация может быть восстановлена после реализованного разрушения в результате анализа поверхности излома.

Конечная цель всех исследований закономерностей усталостного разрушения — управлять процессом распространения трещин путем его моделирования, вводя обоснованный контроль в зонах распространения трещин, сопоставляя прогноз с реализуемым процессом. По результатам контроля уточняются данные моделирования и обосновывается периодичность осмотров деталей по критерию роста трещин, а также разрабатывается система воздействия на деталь с трещиной в условиях эксплуатации или при ремонте с целью уменьшения скорости роста трещины вплоть до ее полной остановки. С точки зрения организационной структуры несомненно, что полностью система управления может быть реализована при взаимодействии многих организаций и научных направлений. Вместе с тем следует выделить решение задачи, являющейся основной, связанной с представлением о том, как ведет себя металл с развивающейся усталостной трещиной при эксплуатационном на-гружении. В этом направлении выполнено множество исследований, которые обобщены, например в [6-11]. Из рассмотрения в качестве характеристики процесса разрушения скорости роста трещины и коэффициента интенсивности напряжения изучены различные внешние воздействия для множества конструкционных материалов. Однако все попытки ввести единообразное описание кинетического процесса до настоящего времени не дали положительного результата.

одноосного нагружения путем изгиба, растяжения или изгиба с вращением образцов. Однако тензометрирование в полете воздушных судов гражданской авиации [12] указывает на существенную роль двухосного напряженного состояния с переменным соотношением компонент главных напряжений от одного этапа полета к другому. Может одновременно меняться частота, форма цикла, температура окружающей среды и прочее. Следовательно, в эксплуатационных условиях необходимо осуществлять управление ростом трещин в условиях многокомпонентного или многопараметрического воздействия. Реакция материала на это воздействие в виде скачка трещины в цикле нагружения становится интегральной характеристикой энергетических затрат в условиях многопараметрического воздействия. Перейти в такой ситуации от информации о поведении материала в лабораторных условиях опыта к условиям эксплуатационного нагружения можно только на основе теории подобия. Поведение материала подобно, если сохраняется неизменным ведущий механизм усталостного разрушения при разнообразном сочетании условий внешнего воздействия. Фактически речь идет о рассмотрении поведения материала как некоторой самоорганизующейся системы, когда в ней происходит распространение усталостной трещины. Самый важный для практики принцип самоорганизации состоит в том, что до достижения некоторых критических условий несущая способность материала с развивающейся усталостной трещиной остается неизменной. Следует, правда, оговориться, что речь идет об области многоцикловой усталости. В такой постановке вопроса необходимо использование нового научного направления — синергетики, созданного Хакеным [13,14] и развиваемого применительно к анализу поведения металлов В. С. Ивановой [15,16]. Указанное научное направление изучает открытые системы, эволюция которых во времени происходит при непрерывном обмене энергией с окружающей средой в направлении уменьшения энтропии. Переходы от одних способов протекания процессов эволюции к другим реализуются дискретно в соответствии с упорядоченной иерархией процессов самоорганизации. Обмен энергии реализуется на разных мае-

Применительно к усталостному разрушению необходимо рассматривать интегральный характер явления, реализуемого материалом в виде процесса развития усталостных трещин в эксплуатации любого элемента конструкции. В процессе распространения усталостной трещины происходит одновременно накопление и рассеивание энергии материалом при непрерывном обмене им энергией с окружающей средой. Материал с развивающейся усталостной трещиной не может быть представлен в качестве замкнутой системы, поскольку сам факт появления и развития трещины в материале свидетельствует о реализованном внешнем воздействии на материал, когда от внешнего источника осуществляется передача энергии металлу.

цип минимизации затрат на формирование свободной поверхности для поддержания устойчивости элемента конструкции с развивающейся усталостной трещиной. На стадии формирования усталостных бороздок, когда процесс деформации и разрушения последовательно протекает на масштабных уровнях мезо-I и мезо-П, ротационные эффекты связаны с достижением углов разориентировок локальных областей 1-10° (уровень мезо-I) и более 10° (уровень мезо-П). Материал может реализовывать ротации на углы 15-25° в конце стадии стабильного роста трещины [61].

Движение трещины от отверстия под болты в сторону отверстия под вал двигателя происходит в поле центробежных сил, которые определяют длительную статическую выдержку материала под нагрузкой. Поскольку длина трещины возрастает, а процесс подрастания трещины при чистом скольжении связан с высокой скоростью роста трещины и происходит быстро при постоянном уровне внешней нагрузки, есть основания полагать, что трещина движется в условиях слабо возрастающего по величине коэффициента интенсивности напряжения. Именно это определяет значительную протяженность зоны II, в которой подрастание трещины происходит в закритической области с высокой скоростью (десятки и сотни микрон за один полет). Выявленное поведение материала, с развивающейся усталостной трещиной по направлению от крепежного отверстия под болт к валу двигателя, согласуется с результатами расчета па прочность дисков [2].

Вместе с тем предельное состояние дисков и дефлекторов достигается в эксплуатации при наличии развивающейся усталостной трещины по критерию вязкость разрушения Кгс. Ее величина также была оценена с учетом геометрии образцов, вырезанных из дисков, по формуле [Murakami]:

Данные об обнаружении развивающейся усталостной трещины при достижении площади зоны разрушения не более 25 % от общего сечения лонжерона, а также данные о разрушении лонжерона в полете от развившейся трещины на 75 % площади сечения для одного и того же типа вертолета и почти совпадающей зоны расположения трещин вызывали противоречие. Они указывали одновременно на эффективность и неэффективность работы сигнализатора трещин. Тем более что одинаковая площадь усталостной зоны в 25 % от общего сечения обнаружена датчиком-сигнализатором как по верхней, так и по нижней зонам сечения

В результате расчета числа усталостных линий, выявленных наиболее четко с расстояния от очага разрушения около 5,5 мм, длительность роста трещины составила около 210 полетов. Имея в виду, что рост трещины происходил при последовательном возрастании расстояния между усталостными линиями, можно считать, что от очага разрушения трещина развивалась за каждый полет на величину не более 0,056 мм, что соответствовало средней ее величине на последующей длине 5,5-7 мм. Тогда количество полетных циклов нагружения лопасти с развивающейся усталостной трещиной составляет на интервале длины 1,5-5,5 мм не менее 70. Глубина трещины была взята несколько больше глубины залегания очага разрушения от коррозии под напряжением на глубину около 1,3 мм, поскольку граница зоны очага была неровной. В результате выполненных оценок длительности роста усталостной трещины видно, что от зоны коррозионного растрескивания материала до перехода к нестабильному разрушению длительность роста трещины составила около 280 (210 + 70) полетных циклов ее нагружения.

Термодиффузионное насыщение металлов и сплавов в настоящее время приобрело широкое распространение. Развиваются исследования по разработке жаростойких покрытий, необходимых для защиты деталей летательных аппаратов, турбоустановок и другого оборудования от негативного влияния температуры.

Постоянно раздвигались и содержательные границы системных исследований. Если первые работы касались лишь основных внутренних, в основном экономических, связей ЭК и некоторых его подсистем (в частности, электроэнергетических и газоснабжающих),; то в дальнейшем достаточно быстро системный подход был реализован применительно к вопросам развития всех без исключения отраслей, составляющих ЭК. его основных региональных подсистем (прежде всего Сибири, Казахстана, Дальнего Востока, Прибалтики) и крупных топливно-энергетических баз. С начала 70-х гг. успешно исследуются многообразные проявления народнохозяйственных связей энергетики, быстро развиваются исследования проблем надежности перспективного энергоснабжения и по учету условий последующего функционирования систем энергетики при планировании и прогнозировании их развития. В последние годы все более активным стало вмешательство исследователей в «расходную» часть 9K,j в том числе для решения проблем управления энергосбережением,; получили развитие работы по системной оценке различных направлений НТП в энергетике, успешно стартовали системные исследования экологических аспектов развития энергетики, где уже имеются интересные обещающие результаты.

Теперь наряду с продолжающимися во все возрастающем1 объеме исследованиями основных стадий усталостного повреждения материалов интенсивно развиваются исследования явлений, происходящих на границе между этими стадиями. К настоящему времени в этой области исследований получено-большое количество сведений от экспериментального определения влияния металлургических, конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на параметры нераспространяющихся усталостных трещин до построения теоретических решений для определения условий возникновения таких,, трещин.

В настоящее время под руководством С. Ф. Примакова развиваются исследования по производству тополевой и осиновой целлюлозы повышенного выхода.

Можно указать два направления, по которым главным образом развиваются исследования и разработки в области виброметрии (виброизмерительной техники).

Метод радиоактивных индикаторов, обеспечивающий высокую чувствительность измерений при испытаниях на изнашивание и, соответственно, возможность проведения таких испытаний с малой длительностью, а также обеспечивающий наблюдение за динамикой изнашивания в процессе испытаний, находит за последние годы все более широкое применение, в особенности при испытаниях топлив и масел [1 — 10]. Успешно развиваются исследования, посвященные дальнейшему совершенствованию методики и техники радиоиндикаторных испытаний на изнашивание [11—18].

Напряжение на модуляторе составляло 20—50 В, анодное напряжение ~ 1000—1500 В. Особенность данной конструкции в том, что автоэлектронная эмиссия идет с углов катода, где напряженность электрического поля выше. Поэтому светящиеся пятна на аноде представляют из себя концентрические кольца. Кроме того, угол расхождения пучка электронов составлял 60—90°. Поэтому для избежания перекрытия электронных пучков соседних катодов расстояние катод—анод выбиралось не больше, чем расстояние между катодами. Т. к. сравнительно легко получать порошки из различных графитовых материалов, то дальнейшее развитие изготовление плоских дисплейных экранов пошло по пути упрощения технологии. В настоящее время активно развиваются исследования по двум основным направлениям: изготовление автокатодов из порошков углеродных материалов методами печатания и электрофореза.

Наряду с многочисленными попытками синтеза кристаллических или аморфных нитридов углерода, развиваются исследования его ID- (тубулены) и OD- (кластеры) -форм. В настоящее время вьшолнено значительное число работ по изучению электронного строения как клеточных молекулярных кластеров — гетерофул-леренов C^N,, [50—56], так и малых (нейтральных и заряженных) азот-углеродных частиц [22, 27, 28], которые могут рассматриваться в качестве прекурсоров получения кристаллических фаз.

Сиалоновая керамика отличается уникальным сочетанием термических и механических характеристик, определяющих ее использование в машиностроении, обрабатывающей промышленности, для получения разнообразных высокопрочных, цельноштот-ньгх, износостойких материалов многоцелевого назначения [1—5]. В последние годы интенсивно развиваются исследования по методикам получения и по способам оптимизации свойств сиалоновой керамики, при этом особое внимание уделяется составу и морфоло-

Ультразвуковая обработка расплавов. Уже длительное время развиваются исследования по использованию ультразвукового воздействия на расплавы с целью повышения качества металла и интенсификации техно-

В последние годы интенсивно развиваются исследования по созданию излучающих структур на основе эпитаксиальных слоев полупроводникового дисилицида железа — p-FeSi2, являющегося прямозонным материалом с шириной оптической щели около 0,8 эВ, соответствующей длине волны 1,5 мкм. Основными методами создания таких структур являются молекулярно-пучковая эпитаксия и ионная имплантация в сочетании с различными термообработками. На основе этих структур уже созданы первые светодиоды, работающие при комнатной температуре [33].

В настоящее время необычайно интенсивно развиваются исследования и расширяются области применения композиционных материалов, которые становятся важнейшим типом современных конструкционных материалов. Полимеры играют важнейшую роль в их создании, поэтому одной из основных задач книги является представление единой и, по возможности, полной картины механического поведения гетерогенных полимерных композиций, в том числе полимеров, наполненных дисперсными частицами и волокнами, пенопластов, ударопрочных и других полимер-полимерных гетерогенных композиций. Имеющиеся книги или описывают только некоторые типы таких композиций, или слишком математизированы для большинства научных работников и инженеров, нуждающихся в прикладных знаниях.