Введение к работе
Диссертация посвящена математическому моделированию процессов водородного износа и водородного охрупчивания сталей и сплавов.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Увеличение объемов производства и интенсификация технологических процессов, особенно в таких потенциально опасных областях, как химическая и нефтехимическая промышленности, требуют пристального внимания к проблемам надежности технологического оборудования.' Это порождает ряд задач, связанных с разрушением и износом конструкционных материалов, включая борьбу с водородным износом и водородным охрупчиванием сталей и сплавов.
Трибохимические процессы, особенно с участием водорода, относятся к разряду сложных и могут развиваться по нескольким механизмам. Механизм трибохимической реакции может меняться при незначительных вариациях условий механического воздействия и характера возникающих в материале напряжений, а процесс износа может изменяться даже качественно.
В производственной практике непредсказуемое развитие процессов износа, старения, усталости и разрушения материалов часто приводит к авариям и техногенным экологическим катастрофам. Современное развитие компьютерных средств проведения вычислительных экспериментов позволяет решать сложные задачи по расчету траекторий системы в многомерном пространстве. Для этого требуются математические модели, в которых должно быть отражено влияние разного рода факторов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключалась в постановке и решении задачи водородного износа как задачи с подвижной границей; анализе современного состояния теорий физико-химической механики разрушения и износа; разработке математической модели кинетики статистического роста трещин при одновременном воздействии двух факторов: механического нагружения и водородного охрупчивания; качественном исследовании разработанной модели на предмет соответствия экспериментальным результатам.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Сформулирована математическая модель водо родного износа как задача с подвижной границей; получено стационарное ре шение для толщины поверхностного слоя, подвергающегося изменениям в ход фрикционного контакта; выполнен линейный анализ устойчивости стационар ного состояния; проанализированы теоретические подходы к разрушению кон струкционных материалов с позиций синергетики, теории фракталов и стати стической кинетики растущих и перекрывающихся микротрещин; разработан математическая модель водородного износа в форме аддитивно мультипликативной кинетики, учитывающая вклад в процесс накопления по вреждений в поверхностном слое конструкционного материала механическог и физико-химического процессов, связанных с образованием дефектов за сч механического нагружения и проникновения водорода; выполнен качественны анализ математической модели путем сопоставления расчетных и эксперимен тальных данных по водородному охрупчиванию сталей.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Методами теории возмущений в линей ном приближении показано, что существует область параметров, где процес износа является неустойчивым. Показано также, что для описания перемежаю щихся состояний нормального и интенсивного износа в кинетических моделя необходим учет нелинейности. Показаны общие черты и различия подходов теоретическому представлению процессов разрушения с позиций синергетики теории фракталов и статистической кинетики растущих и перекрывающихс микротрещин. Показано, что статистическая модель кинетики растущих и пе рекрывающихся микротрещин позволяет изучать процесс разрушения и износ с участием водорода: путем сопоставления расчетных и экспериментальны данных выявлять в процессе определяющие стадии и механизмы, устанавли вать соотношение скоростей различных стадий с учетом их кооперативности.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ: (1) формулировка и решение математиче ской модели износа как задачи с подвижной границей; (2) линейный анализ ус тойчивости стационарных состояний процесса износа; (3) сравнительный ана
лиз подходов к разработке математических моделей кинетики разрушения конструкционных материалов; (4) математическая модель статистической аддитивно-мультипликативной кинетики растущих и перекрывающих микротрещин различной геометрии (одномерных, двумерных, трехмерных); (5) качественная верификация математической модели, анализ результатов верификации и их физико-химическая интерпретация.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы сервиса и туризма» (Москва, МГУС, 2007; Москва, РГУТиС, 2008), на VI-й Международной научно-практической конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2008).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 5 статей, из них 1 - в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитированной литературы. Объем диссертации составляет 205 страниц; он включает 112 страниц основного машинописного текста, 100 рисунков, выводы, список цитированной литературы (204 наименования) и приложение (45 страниц).
