Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Наиболее важными задачами в строительстве и машиностроении являются: повышение качества зданий, сооружений и механизмов обеспечение их надежности в течение всего срока эксплуатации. После прекращения деятельности многих предприятий здания и сооружения остались без ухода и должного внимания. Они могут быть реконструированы или использованы для других целей, что требует проведения тщательных исследований в области прочности и устойчивости строительных конструкций, механизмов и их элементов для обеспечения безопасной датьнейшей их эксплуатации. Особенно этот вопрос актуален при проведении реконструкции после неблагоприятных виепших воздействий и непосредственно связан с оценкой реальных механических свойств строительных матери&пов, используемых в конкретном случае.
Применение схацествуюіішх методов оценки механического состояния материалов не отвечает современным требованиям экспресс-контроля на реальных конструкциях по точности и диапазону применимости либо связано с необходимостью изготовления образцов и проведения испытаний в лабораторных условиях.
Проблема испытания материатов изучена сравнительно мало, несмотря на ее важность и актуатьность, хотя в последние годы ей уделяется больше внимания. Метачлические конструкции относятся к чисту наиболее широко используемых в практике современного строительства. 11а наш взгляд, одним из перспективных направлений является способ определения механических свойств металла ударным вдавливанием ипдептора. Такие методы обладают рядом достоинств, например, при меньших габаритах может быть развита большая контактная сила, регистрируется больше информации о реакции материала на динамическое воздействие плюс возможность проведения испытаний и получение информации в ходе эксплуатации конструкции в реальном масштабе времени.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Аналитическое и экспериментальное исследование процесса статического и динамического взаимодействия - индеторов различной формы с предварительно напряженными упругопластическими средами и создание методик контроля механических характеристик нагруженных металлических конструкций.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1. Разработать математические модели статического взаимодействия инденто-ров различной формы (конус, усеченный конус) с предварительно нагруженными упругопластическими средами и установить степень влияния предиапряжеиия па характеристики вдавливания.
2. Разработать математические модели динамического взаимодействия иіщеп-торов с упругопластическими средами и исследовать влияние преднапряже-ния на кинематические характеристики динамического вдавливания.
3. При помощи трехмерных моделей оцепить влияние вида папряжеппо-деформироваппого состояния полупространства па параметры вдавливания индентора.
4. Экспериментально проверить влияние преднапряжения на результаты вдавливания, реализовав натурно предложенные модели и методики.
5. Разработать методики контроля механических характеристик (твердости, пределов прочности и текучести, относительного удлинения и ударной вязкости) реальных конструкций различного назначения.
1. Построены осесимметричные и трехмерные математические модели статического и ударного взаимодействия инденторов в виде конуса и усеченного конуса с предварительно нагруженными средами в упругопластической постановке.
2. Проведен анализ влияния напряженно-деформированного состояния предварительно нагруженного полупространства на кинематические и силовые характеристики вдавливания инденторов для построенных математических моделей.
3. Экспериментально получены данные о влиянии величины и характера (одноосное сжатие, изгиб и др.) предварительных напряжений в образце на параметры статического и динамического вдавливания инденторов в виде конуса. 4. Предложен метод определения механических характеристик реальных металлоконструкций как строительного, так и машиностроительного назначения, основанный на регистрации параметров ударного вдавливания ииденторов. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в создании прикладных математических моделей динамического взаимодействия инденторов конической формы с однородными преднапряженными структурами при упру-гошгастическом деформировании. Па этой основе разработаны методики нераз-рушаюшего контро.чя механических свойств конструкционных сталей и приборы для его реализации, предназначенные для оперативного определения комплекса механических характеристик предварительно напряженных упругопла-стических сред.
Полученные результаты нашли • применение при обследовании металлоконструкций: областной администрации Ростовской области. Ростовского выставочного павильона «Экспресс», Ростовского пивоваренного завода и др.
ДОСТОВЕРНОСТЬ результатов обусловлена применением современных методов решения динамических контактных задач и подтверждается хорошим качественным и количественным совпадением данных, полученных на основе численных схем и экспериментально. Расхождение данных, полученных теоретически и экспериментально, составляет 7...8 % при доверительной вероятности 0,95.
НА ЗАЩИТУВЫНОСЯТСЯ:
1. Статические модели контактного взаимодействия упругих инденторов в форме конуса и усеченного конуса с предварительно нагруженными упруго-пластическими средами.
2. МКЭ-модели контактного ударного взаимодействия упругих инденторов в форме конуса с предварительно натруженными упругопластическими средами.
3. Конструкция приборов ударного действия для регистрации кинематических параметров индентора при его внедрении в упругопластическое полупространство и определения механических свойств (твердости, пределов прочности и текучести, относительного удлинения и ударной вязкости).
4. Результаты комплекса лабораторных экспериментальных исследований статического и динамического взаимодействия инденторов в форме конуса с предварительно нагруженными образцами.
5. Метод контроля механических характеристик реальных металлоконструкций методом ударного вдавливания инденторов. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы обсуждались на научно-практической конференции «Проблемы строительства в сейсмоопасных районах» (г. Ростов-на-Дону, Ростовский государственный строительный университет, 2002 г.); ежегодных конференциях Ростовского государственного строительного университета в период 2000 - 2004 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 статей.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Изложена на 171 странице машинописного текста, включающего 2 таблицы, 76 рисунков, список использованной литературы из 87 наименований.
