Оптимизация методов определения динамической прочности конструкционных материалов на основе рандомизированных алгоритмов анализа данных

В рамках структурно-временного подхода была разработана стандартизированная методика обработки данных динамических испытаний с целью определения прочностных характеристик различных материалов. Использование рандомизированного метода знаковозмущённых сумм позволило произвести качественную оценку параметров материала, таких как, критическое напряжение и инкубационное время разрушения, по ограниченному числу испытаний. Впервые было показано, как можно определить значение критического напряжения, характеризующего статическую прочность сплошной среды, через обработку результатов испытаний по высокоскоростному нагружению. Результатов моделирования скоростной чувствительности прочности материла показали хорошее соответствие с масштабным законом (Scaling Law), предложенным Кимберли и Рамешом.
Для отладки выявленных методов на установках с разрезными стержнями Гопкинсона и испытательной машине с падающим грузом была проведена серия динамических испытаний для различных металлических сплавов, двух видов керамики и полимерных образцов, полученных методом 3D-печати. Также были обработаны данные по динамическому разрушению льда из открытых литературных источников. Результаты оценки прочностных параметров позволили описать наблюдаемые экспериментально скоростные зависимости прочности рассматриваемых материалов с заданной достоверностью. Помимо этого, в случае ударных испытаний льда удалось получить хорошее соответствие расчётных кривых с возможным разбросом экспериментальных значений, указанным авторами эксперимента.
Разработанный метод оценки критического напряжения по динамическим данным и полученное расхождение вычисленных значений с измеренными экспериментально в условиях медленного нагружения, позволило подчеркнуть важный вопрос о необходимости согласования испытаний материалов в статике и динамике.

• Была разработана оригинальная методика оценки прочностных параметров материалов, позволяющая предсказывать критическое напряжение разрушения в широком диапазоне скоростей нагружения с заданным уровнем достоверности в условиях ограниченности и нестабильности экспериментальных данных. Полученная методика может быть реализована с помощью общедоступных и широко используемых установок для динамических испытаний. Вычисленные доверительные интервалы значений инкубационного времени могут применяться в инженерных расчётах прочности материалов и конструкций, подвергающихся в ходе эксплуатации ударным динамических воздействиям. Кроме того, полученная методика может быть использована при разработке современных стандартов испытаний прочностных свойств конструкционных материалов.

• Впервые было показан способ определения статической прочности материала, исходя из анализа данных только динамических испытаний. Этот способ позволяет не только проверить соответствие напряжённых состояний, реализуемых в динамических и квазистатических испытаниях, но также выполнить оценку статической прочности, когда это невозможно сделать экспериментально, например, при испытании льда или битумов.
При высокоскоростном нагружении такого рода материалов происходит хрупкое разрушение, в то время как при медленных воздействиях реализуются вязкие механизмы разрушения.

• При обработке данных по откольному разрушению льда была получено хорошее соответствие расчётных кривых скоростной зависимости прочности с указанным авторами испытаний возможным разбросом экспериментальных значений.

1. Волков Григорий Александрович, доцент
Общее руководство проектом, постановка задач, разработка методики обработки экспериментальных данных по динамическому разрушению, разработка методов оценки статической прочности материалов по данным динамических испытаний, публикация научных статей
2 Смирнов Иван Валерьевич, с.н.с.
Проведение динамических испытаний на трёхточечный изгиб и ударное сжатие горных пород на установке с падающим грузом и разрезных стержнях Гопкинсона
3. Казаринов Никита Андреевич, доцент
Проведение численного моделирования методом конечных элементов динамического разрушения по схеме разрезных стержней Гопкинсона для экспериментально исследуемых материалов
4. Евстифеев Алексей Дмитриевич, с.н.с
Проведение испытаний по динамическому растяжению медных и алюминиевых сплавов по методике Кольского
5. Волкова Марина Владимировна, старший преподаватель
Адаптация рандомизированного метода знаковозмущённых сумм задачам динамического разрушения материалов. Математическое обоснование и доказательство применимости предложенных методов
6. Михайлова Наталья Валерьевна, инженер-исследователь
Обработка полученных экспериментальных результатов в рамках развиваемых методов
7. Чеврычкина Анастасия Александровна, инженер-исследователь
Изготовление полимерных образцов методом 3D-печати для испытаний на одноосное растяжение в динамических условиях.
8. Граничин Николай Олегович, аспирант
Исследование динамической прочности льда, анализ экспериментальных данных из открытых источников в рамках развиваемого подхода
9. Логачев Андрей Николаевич, аспирант
Исследование динамической прочности полимерных материалов, анализ экспериментальных данных из открытых источников в рамках развиваемого подхода
10. Серова Мария Максимовна, студент
Исследование возможности применения метода знаковозмущённых сумм для определения оценки предела текучести

разрешается

разрешается