30. В.В. Лепов. Низкотемпературный вязко-хрупкий переход и хрупкое разрушение металлов
23 июня 2022 г. состоялось 30-е заседание междисциплинарного научного семинара «МЕХАНИКА: эксперимент, моделирование, приложения» Доклад "Низкотемпературный вязко-хрупкий переход и хрупкое разрушение металлов" сделал Валерий Валерьевич Лепов, д.т.н., директор Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова, ОП ЯНЦ СО РАН. https://www.researchgate.net/profile/Valeriy-Lepov Аннотация В докладе рассмотрена история проблемы хрупкого разрушения металлоконструкций и низкотемпературного вязко-хрупкого перехода (ВХП). Дан краткий обзор подходов к решению задачи моделирования замедленного разрушения под действием водорода. Представлена разработанная математическая модель замедленного разрушения металла под действием водорода и статических напряжений, учитывающая восходящую (up-hill) диффузию водорода в поле механических напряжений (эффект Горского). Для оценки ресурса при водородном охрупчивании металлоконструкций предложен комбинированный подход, основанный на совместном (bonded) решении связной задачи диффузии и уравнении накопления повреждений. Для сварных металлоконструкций задача особенно важна при образовании в зоне термического влияния шва через определенный период времени холодных трещин. Даны сведения о работах по регистрации внутреннего трения в процессе деформации образцов в виде проволок из Ст.3, 09Г2С, сплавов Fe-4%Ni, F-2%Si в диапазоне температур ВХП, с помощью которых выяснено, что микроскопические механизмы вязко-хрупкого перехода в силу гетерогенного состава образцов сопровождаются как "вязким" переползанием дислокаций, так и изменением фононного спектра металла. Выявлен механизм контактного разрушения стали обода локомотивного колеса, эксплуатируемого длительный срок в условиях Центральной Якутии в диапазоне температур ВХП. Использованы методы оптической, растровой электронной микроскопии и испытаний на ударный изгиб при комнатной и низкой температурах. На основе теории накопления повреждений Качанова-Работнова предложена методика оценки интегральной поврежденности материала сварной конструкции из стали, подверженной вязкохрупкому переходу. Представлены результаты оценки поврежденности и ресурса элементов сварных металлоконструкций из стали 09Г2С при эксплуатации в экстремальных условиях. На основе активационного подхода описана кинетика ВХП под действием водорода и низких температур. Разработана и численно реализована стохастическая модель роста магистральной трещины в гетерогенном материале по механизму открытия, роста и слияния дефектов в виде микротрещин и пор под действием растягивающего напряжения и давления адсорбируемого водорода. Представлены некоторые приложения и перспективы развития представленных подходов. [1] Михайлов В.Е., Лепов В.В., Ларионов В.П., Алымов В.Т. Замедленное разрушение металлоконструкций при низких температурах. Новосибирск: Изд. СО РАН, 1999. 244 с. [2] Григорьев А.В., Лепов В.В. Надежность и ресурс технических систем в экстремальных условиях эксплуатации Арктики и Субарктики: железнодорожный транспорт. Новосибирск: Изд. «Наука», 2018. 112 с. [3] Lepov V.V. et al. Some aspects of structural modeling of damage accumulation and fracture processes in metal structures at low temperature. Modell. Simul. Eng. 2016. 2016: 1-6. https://doi.org/10.1155/2016/7178028 [4] Lepov V. et al. Brittle Fracture Modeling for Steel Structures Operated in the Extreme. Proc. Struct. Integrity 2017, 5, 777-784. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.169 [5] Valeriy Lepov, et al. Microstructure Analyses and Multiscale Stochastic Modeling of Steel Structures Operated in Extreme Environment. Procedia Structural Integrity 2018. 13: 1201-1208. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2018.12.248 [6] Lepov V. V., Arkhanelskaja E.A., Achikasova V.S. Kinetics of brittle fracture in metals under the influence of hydrogen. Proc.Struct.Int. 2019. 20 24-29 https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.12.110 [8] Григорьев А.В., Лепов В.В. Оценка надежности металлоконструкций из стали 09Г2С, эксплуатируемых в условиях Севера и Арктики. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019;85(8):53-58. [9] Лепов В.В., Ачикасова В.С., Архангельская Е.А. Влияние водорода на кинетику хрупкого разрушения в металлах // Вестник Инженерной школы ДФУ, 2019. 3 (40): 29-37. [11] Архангельская E.A., Лепов B.B., Ларионов В.П. Роль дефектов в развитии замедленного разрушения повреждаемой среды под действием водорода. Материаловеден. 2003. - 8. - С.7-10. [12] Лепов B.B., Лепова К.Я., Алымов B.T., Ларионов В.П. Стохастическое моделирование разрушения гетерогенной повреждаемой среды. Физич. мезомеханика, 2002. 2(5). 23-41. [13] Архангельская Е.А., Лепов В.В., Ларионов В.П. Связная модель замедленного разрушения повреждаемой среды. Физич. мезомеханика, 2001. 4(5). 81-87. [14] Bisong M.S., Лепов В.В., Сивцев П.В., Голиков Н.И., Махарова С.Н. Моделирование повреждений сварных конструкций в экстремальных условиях эксплуатации. Природные ресурсы Арктики и Субарктики, 2017. 2(87): 67-71.
23 июня 2022 г. состоялось 30-е заседание междисциплинарного научного семинара «МЕХАНИКА: эксперимент, моделирование, приложения» Доклад "Низкотемпературный вязко-хрупкий переход и хрупкое разрушение металлов" сделал Валерий Валерьевич Лепов, д.т.н., директор Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова, ОП ЯНЦ СО РАН. https://www.researchgate.net/profile/Valeriy-Lepov Аннотация В докладе рассмотрена история проблемы хрупкого разрушения металлоконструкций и низкотемпературного вязко-хрупкого перехода (ВХП). Дан краткий обзор подходов к решению задачи моделирования замедленного разрушения под действием водорода. Представлена разработанная математическая модель замедленного разрушения металла под действием водорода и статических напряжений, учитывающая восходящую (up-hill) диффузию водорода в поле механических напряжений (эффект Горского). Для оценки ресурса при водородном охрупчивании металлоконструкций предложен комбинированный подход, основанный на совместном (bonded) решении связной задачи диффузии и уравнении накопления повреждений. Для сварных металлоконструкций задача особенно важна при образовании в зоне термического влияния шва через определенный период времени холодных трещин. Даны сведения о работах по регистрации внутреннего трения в процессе деформации образцов в виде проволок из Ст.3, 09Г2С, сплавов Fe-4%Ni, F-2%Si в диапазоне температур ВХП, с помощью которых выяснено, что микроскопические механизмы вязко-хрупкого перехода в силу гетерогенного состава образцов сопровождаются как "вязким" переползанием дислокаций, так и изменением фононного спектра металла. Выявлен механизм контактного разрушения стали обода локомотивного колеса, эксплуатируемого длительный срок в условиях Центральной Якутии в диапазоне температур ВХП. Использованы методы оптической, растровой электронной микроскопии и испытаний на ударный изгиб при комнатной и низкой температурах. На основе теории накопления повреждений Качанова-Работнова предложена методика оценки интегральной поврежденности материала сварной конструкции из стали, подверженной вязкохрупкому переходу. Представлены результаты оценки поврежденности и ресурса элементов сварных металлоконструкций из стали 09Г2С при эксплуатации в экстремальных условиях. На основе активационного подхода описана кинетика ВХП под действием водорода и низких температур. Разработана и численно реализована стохастическая модель роста магистральной трещины в гетерогенном материале по механизму открытия, роста и слияния дефектов в виде микротрещин и пор под действием растягивающего напряжения и давления адсорбируемого водорода. Представлены некоторые приложения и перспективы развития представленных подходов. [1] Михайлов В.Е., Лепов В.В., Ларионов В.П., Алымов В.Т. Замедленное разрушение металлоконструкций при низких температурах. Новосибирск: Изд. СО РАН, 1999. 244 с. [2] Григорьев А.В., Лепов В.В. Надежность и ресурс технических систем в экстремальных условиях эксплуатации Арктики и Субарктики: железнодорожный транспорт. Новосибирск: Изд. «Наука», 2018. 112 с. [3] Lepov V.V. et al. Some aspects of structural modeling of damage accumulation and fracture processes in metal structures at low temperature. Modell. Simul. Eng. 2016. 2016: 1-6. https://doi.org/10.1155/2016/7178028 [4] Lepov V. et al. Brittle Fracture Modeling for Steel Structures Operated in the Extreme. Proc. Struct. Integrity 2017, 5, 777-784. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.169 [5] Valeriy Lepov, et al. Microstructure Analyses and Multiscale Stochastic Modeling of Steel Structures Operated in Extreme Environment. Procedia Structural Integrity 2018. 13: 1201-1208. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2018.12.248 [6] Lepov V. V., Arkhanelskaja E.A., Achikasova V.S. Kinetics of brittle fracture in metals under the influence of hydrogen. Proc.Struct.Int. 2019. 20 24-29 https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.12.110 [8] Григорьев А.В., Лепов В.В. Оценка надежности металлоконструкций из стали 09Г2С, эксплуатируемых в условиях Севера и Арктики. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019;85(8):53-58. [9] Лепов В.В., Ачикасова В.С., Архангельская Е.А. Влияние водорода на кинетику хрупкого разрушения в металлах // Вестник Инженерной школы ДФУ, 2019. 3 (40): 29-37. [11] Архангельская E.A., Лепов B.B., Ларионов В.П. Роль дефектов в развитии замедленного разрушения повреждаемой среды под действием водорода. Материаловеден. 2003. - 8. - С.7-10. [12] Лепов B.B., Лепова К.Я., Алымов B.T., Ларионов В.П. Стохастическое моделирование разрушения гетерогенной повреждаемой среды. Физич. мезомеханика, 2002. 2(5). 23-41. [13] Архангельская Е.А., Лепов В.В., Ларионов В.П. Связная модель замедленного разрушения повреждаемой среды. Физич. мезомеханика, 2001. 4(5). 81-87. [14] Bisong M.S., Лепов В.В., Сивцев П.В., Голиков Н.И., Махарова С.Н. Моделирование повреждений сварных конструкций в экстремальных условиях эксплуатации. Природные ресурсы Арктики и Субарктики, 2017. 2(87): 67-71.