С учетом усталости

Разработчики Пермского Политеха создают уникальное оборудование для исследования усталостной прочности конструкций. Технология позволит продлить срок эксплуатации деталей самолетов, подводных лодок и автомобилей, укрепить здания и мосты. Для строительной отрасли подобная разработка не имеет аналогов в России.

По словам ученых, при переменной нагрузке разрушение материалов и конструкций происходит по другим механизмам, в отличие от статического нагружения.

– Представьте, что вы хотите сломать металлический прут. Растягивая, вы не сможете его разорвать руками – не хватит сил. Но если вы согнете прут несколько раз, то он превратится в две половинки. При однократном воздействии на конструкцию разрушение не произошло. Но под действием переменных усилий происходит накопление повреждений, которое приводит к изменению свойств материала и его разрушению. Это явление называется усталостью конструкции, – рассказывает главный конструктор установки, старший преподаватель кафедры строительных конструкций и вычислительной механики ПНИПУ Роман Севастьянов.

Сооружения и дома также находятся под переменными нагрузками: на них влияет выпадение и таяние снега, действие ветра. В зданиях размещают динамическое оборудование, которое оказывает на него вибрационную нагрузку. В динамическом режиме нагружения постоянно находятся и мосты.

– Количество циклов нагрузок за срок существования здания может измеряться тысячами, а у автомобильных деталей – миллионами. Сейчас вопрос усталостной прочности не учитывают при проектировании зданий и сооружений, что приводит иногда к катастрофическим последствиям. К ним можно отнести обрушение пешеходного моста на станции Пушкино в 1977 году или аварию на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году, – поясняет разработчик.

Ранее пермские ученые под руководством Романа Севастьянова создали  установку для исследования усталостной долговечности композиционных материалов в авиационной отрасли. Разработка, которая позволит увеличить прочность двигателей самолетов, стала возможна благодаря поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Учет этих характеристик в авиационной отрасли особенно важен, так как самолет всегда работает в режиме вибрации, говорит ученый.

Сейчас в планах  исследователей – создать новую установку для изучения усталостной прочности строительных материалов. Ученые используют для исследования переменное магнитное поле. На образце стройматериала закрепляют магнит, который, взаимодействуя с внешним магнитным полем установки, создает переменные усилия на образец. Частоту внешнего магнитного поля ученые определяют исходя из условий резонанса образца. Накопленные в процессе нагружения повреждения приводят к изменению частоты колебаний, которое фиксирует установка. По этому параметру специалисты смогут оценить уровень повреждений и учесть эти данные при производстве строительной конструкции. Кроме того, в процессе испытаний исследователи фиксируют и другие факторы, которые характеризуют процесс накопления повреждений.

По словам ученого, учет усталостных характеристик стройматериалов  позволит надежнее проектировать здания и сооружения, лучше оценивать их ресурс.