- Сформулирована новая концепция пластического коэффициента интенсивности напряжений с учетом эффектов стеснения при упругопластическом разрушении. Представлено обоснование применения пластического коэффициента интенсивности напряжений Кр в качестве обобщенного параметра стеснения и характеристики сопротивления разрушению. Предложен метод для определения пластического коэффициента интенсивности напряжений при смешанных формах деформирования.
- Сформулирована новая концепция нелинейного коэффициента интенсивности для условий ползучести с учетом эффектов стеснения, и представлено ее экспериментальное обоснование. В противоположность многопараметрическим теориям разрушения введенный новый параметр является обобщенной однозначной характеристикой сопротивления разрушению материалов и элементов конструкций в полном диапазоне смешанных форм деформирования.
- Разработан численный метод определения пластического коэффициента интенсивности напряжений и коэффициента интенсивности напряжений для условий пластичности и ползучести в экспериментальных образцах и реальных элементах конструкций. Разработанный метод и его алгоритм реализованы на персональном компьютере в виде удобного для пользователя интерфейса.
- Предложены и обоснованы новые концепции оценки сопротивления разрушению материалов и элементов конструкций на основе пластического коэффициента интенсивности напряжений и КИН при ползучести. Эти концепции выступают альтернативой неопределенным подходам двухпараметрических критериев разрушения. Разработан и реализован на примере диска паровой турбины алгоритм оценки остаточной долговечности на стадии роста трещины. Новизна предложенного метода связана с использованием пластического коэффициента интенсивности напряжений для эксплуатационных нагрузок и повреждений при расчете скорости развития несквозного дефекта.
- Разработан алгоритм определения параметров моделей зоны сцепления в области вершины трещины для упруго-пластических материалов. Разработанный алгоритм реализован и апробирован на алюминиевом сплаве АМГ-6 и стали 34Х1МФ. В результате экспериментов и взаимосвязанных численных расчетов определены базовые параметры билинейной модели зоны сцепления, рассчитаны значения управляющего параметра полей напряжений и перемещений в области вершины трещины в форме In-интеграла с учетом когезионной модели зоны процесса разрушения. На этой основе проведено численное моделирование докритического роста трещины в экспериментальном образце и произведена верификация параметров когезионной модели по критерию критического расстояния. Проведен анализ взаимосвязи параметров состояния когезионной зоны предразрушения при нормальном отрыве и при смешанных формах деформирования. Достигнута высокая степень корреляции эксперимента с численным моделированием роста трещины в компактных образцах с боковым надрезом, что подтверждает эффективность предложенного алгоритма. Разработаны рекомендации по использованию пластического коэффициента интенсивности напряжений с учетом когезионной зоны процесса разрушения в качестве обобщенного параметра сопротивления разрушению материалов и элементов конструкций.
- Сформулирована модель, определяющая влияние микроструктуры материала на макроскопическое поведение тела с трещиной конечных размеров посредством введения в основные конституционные и разрешающие уравнения параметров, учитывающих меру и размер поврежденности в вершине трещины. Произведено инкорпорирование кинетического уравнения накопления повреждений в силовой и деформационной трактовке в программный комплекс расчетов по методу конечных элементов.
Численно определены распределения накопленных повреждений для разных стадий ползучести в модельных задачах и образцах реальной геометрии. Исследовано влияние двухосности на поля напряженно-деформированного состояния с учетом накопления повреждений при ползучести. Установлены различия в поведении характеристик и параметров сопротивления росту трещин в зависимости от формулировки функции повреждений.
- Разработан метод прогнозирования характеристик статической и циклической трещиностойкости на основе комплекса стандартных механических характеристик.
- Коллектив лаборатории специализируется на экспериментальном исследовании и численном моделировании смешанных форм деформирования и разрушения сквозных и поверхностных полуэллиптических дефектов. Разработаны уникальные стенды для реализации двухосного и многоосного нагружения и методики проведения и интерпретации экспериментальных данных. Выполнен обширный комплекс исследований поведения конструкционных сталей, титановых и алюминиевых сплавов, на основе которого предложены и обоснованы новые критерии направления роста трещин, модели траекторий, скорости развития трещин и остаточной долговечности элементов конструкций при сложном напряженном состоянии.
С использованием уникального оборудования разработаны методы экспериментальных исследований характеристик малоциклового и многоциклового деформирования, долговечности и трещиностойкости в критических зонах элементов энергетического оборудования. Предложена методика определения скорости роста трещины при малоцикловом и программном нагружении. Разработан метод испытаний элементов конструкций на основе принципов имитационного моделирования. Предложена модель прогнозирования долговечности элементов энергетического оборудования на стадиях накопления и развития повреждений при циклическом гармоническом и программно-блочном нагружении.
- Комплексное расчетно-экспериментальное исследование и описание закономерностей сопротивления деформированию и разрушению монокристаллов жаропрочного сплава ЖС32 при сложном напряженном состоянии в условиях нормальных и повышенных температур. Проведенный комплекс расчетных и экспериментальных исследований позволил сформулировать функции влияния анизотропии монокристалла на комплекс основных механических характеристик.
- Коллектив исполнителей является единственной лабораторией России, участвовавшей в 2014 году в выполнении международного проекта в составе 19 ведущих лабораторий мира по экспериментальной верификации стандарта ASTM E-2760-10 (координатор д-р Ashok Saxena, University of Arkansas, USA), регламентирующего испытания при взаимодействии ползучести и малоцикловой усталости. Сотрудниками лаборатории разработан оригинальный метод постановки экспериментов по скорости развития трещин при взаимодействии ползучести и малоцикловой усталости.
- Одной из областей научных интересов коллектива лаборатории является исследование эффектов стеснения. Коллективом накоплен большой опыт и разработан ряд подходов исследования количественных и качественных эффектов стеснения в задачах плоской деформации, в трехмерных телах и телах конкретной геометрии. Предложен подход для исследования эффектов стеснения с учетом членов высоких порядков для условий пластичности и ползучести при различных видах нагружения. Дана комплексная оценка влияния характеристик пластичности материала в сочетании с различными типами граничных условий, соответствующих доминирующим механизмам разрушения.