Представлены результаты экспериментальных исследований сопротивления усталости высокопрочной стали при одно- и двухчастотном малоцикловом нагружении в условиях однородного напряженного состояния. Установлено, что дополнительные напряжения от вибраций в малоцикловой области снижают циклическую долговечность металлов больше, чем в многоцикловой. Предложена аналитическая зависимость для расчетного определения циклической долговечности элементов конструкций и деталей машин при двухчастотном нагружении с заданными параметрами в малоцикловой области по соответствующим исходным данным, отвечающим одночастотному нагружению.

Подано стислий огляд використання методу акустичної емісії для класифікації джерел випромінювання сигналів. Розглянуто процеси виникнення тріщини, пластичної деформації зразків з метала.

Розроблено методику та виконано експериментальні дослідження впливу берегів тріщини на ефект її закриття під час циклічного навантаження. Проаналізовано результати випробувань на циклічну тріщиностійкість сталей та алюмінієвого сплаву у разі симетричного та асиметричних циклів навантаження, а також у разі симетричного циклу навантаження з видаленням із берегів тріщини матеріалу, який впливає на величину її закриття.

Випробування сплаву АМг6Н на циклічну тріщиностійкість у діапазоні частот навантаження від 20 Гц до 10 кГц показали, що зі збільшенням частоти швидкість розповсюдження втомної тріщини зменшується, а величина порогових коефіцієнтів інтенсивності напружень зростає в степеневій залежності від частоти циклічного деформування. Фрактографічні дослідження поверхонь руйнування зразків свідчать, що підвищення частоти навантаження супроводжується зменшенням кроку втомних борозенок та розмірів мікроучастків, на яких вони розташовані, інтенсифікацією процесів вторинного розтріскування і формування продуктів фретінга. Це зумовлює зниження швидкості розвитку втомної тріщини і підвищення порогових значень коефіцієнта інтенсивності напружень. Збільшення асиметрії циклів навантаження зменшує роль розшарування та утворення продуктів фретінга в процесі руйнування сплаву, приводить до зменшення долі борознистого рельєфу і більш ранньої появи елементів квазістатичного ямочного руйнування, що спричиняє зниження характеристик циклічної тріщиностійкості в умовах асиметричного навантаження.

Запропоновано методику дослідження коротких тріщин за умов високочастотного циклічного навантажування з використанням розробленого дефектологічного пристрою автогенераторного типу. В результаті порівняння вимірів довжин поверхневих тріщин, сформованих за однакових відносної кількості циклів до руйнування та амплітуди циклічних напружень при частотах навантажування 100 і 1000 Гц, показано, що підвищення частоти навантажування супроводжується формуванням довших поверхневих тріщин.

Зроблено теоретичне обгрунтування алгоритму ідентифікації мікротріщин. Ідентифікація базується на цифровій обробці РЕМ-зображень. Наводяться приклади модельного трасування тріщин.

На основі існуючих засобів контролю розроблено методику виявлення мікрометрових тріщин і одержання кількісної інформації про систему пошкоджень. Методику розроблено для спостереження за процесами зародження і зростання мікрометрових тріщин у разі малоциклового навантаження зразків з жароміцного сплаву ЭИ698ВД. Для виявлення мікрометрових тріщин на поверхні гладких круглих зразків було обрано метод кольорової капілярної дефектоскопії.

Проведено експериментальне дослідження локальних деформацій у зразках із різними концентраторами напружень за умов циклічного та монотонного навантажень. Деформації в надрізах виміряно малобазними тензометрами. За результатами випробувань гладких зразків побудовано діаграми циклічного деформування сталі та двох алюмінієвих сплавів. Виконано зіставлення амплітуд повних деформацій, розрахованих за відомими наближеними методиками, з експериментальними даними. Встановлено, що найкраще узгодження забезпечує формула Нейбера з поправковою функцією Махутова. Наведено рекомендації щодо застосування цієї функції для розрахунку амплітуд локальних деформацій за умов навантажень, які відповідають багатоцикловій утомі та області переходу від малоциклової до багатоциклової утоми.

Виконано дослідження залежності довговічності гладких і надрізаних зразків від різних параметрів напружено-деформованого стану у вістрі надрізу в області багатоциклової утоми до виникнення тріщини. Випробувано зразки зі сталі 30ХГСА та сплавів Д16АТ і АМцМ із різними концентраторами напружень. Локальні деформації виміряно малобазними тензометрами з використанням методу петлі гістерезису. Показано, що довговічності співпадають за однакових значень амплітуд залишкових деформацій. Запропоновано й зіставлено з експериментальними даними залежність для розрахунку амплітуди залишкової деформації.

Дисертацію присвячено дослідженню фретинг-зносу та фретинг-втоми металів, що зумовлені реологічними явищами, які характеризують релаксаційну здатність матеріалу. Встановлено нові наукові закономірності та ефекти, на підставі яких розроблено засоби щодо підвищення надійності та довговічності вузлів тертя машин. Експериментально доведено, що фретинг-корозія контролюється структурними та механічними факторами. Корозійні процеси виникають лише на більш пізніх етапах циклічного навантаження. Адгезія є основною причиною формування поверхневих розтягуючих напруг, яких достатньо для зародження тріщин. Розрахунковим шляхом визначено інтенсивність зношування металів і температуру поверхонь, що контактують за умов фретингу. Розглянуто вплив амплітуди, навантаження, кількість циклів вібрації на фретинг-втомну довговічність та міцність металів. Запропоновано методи обробки поверхонь тертя металів з метою підвищення їх фретинг-втомної міцності та довговічності.

Розглянуто методи та результати стереоскопічних вимірювань геометричних параметрів так званої "зони витягування" на поверхні руйнування стальних зразків, які випробували на тріщиностійкість. Установлено, що в температурній області крихких руйнувань спостерігається лінійна кореляція між висотою зони витягування і тріщиностійкістю. Визначено основні унікальні властивості зони витягування. Показано, що статистична розбіжність результатів вимірювань геометричних параметрів зони витягування можна зіставити з розбіжністю результатів визначення тріщиностійкості сталей стандартними методами, і вона є, навіть, нижчою її.

Дана характеристика нового научного направления, изучающего поведение материалов в условиях взаимодействия с водородом - водородного материаловедения. Основное внимание сосредоточено на важном аспекте этого направления - водородной деградации конструкционных материалов. Рассмотрены виды водородной деградации. Важнейшими факторами, предопределяющими наблюдаемые процессы, являются стремление водорода в металле к локализации и уменьшение сил связей между атомами металла. Сформулированы задачи, направленные на решение проблем водородной деградации металла.

Предложен теоретико-экспериментальный метод исследования высокотемпературного водородного разрушения биметаллических элементов конструкций, работающих в водородсодержащих средах. Показано, что разрушение происходит вследствие объединения пор в трещину и ее дальнейшего подрастания в результате наполнения газом, который создает высокое давление. По данным теоретических исследований построена временная зависимость образования и роста площади трещины на границе сплавления стали 15Х2МФА-А с аустенитной наплавкой. Корректность теоретических положений разработанной методики подтверждена экспериментально. С этой целью использовались методы акустической эмиссии, ультразвукового контроля и металлографии.

Для випадку циклічного навантажування у діапазоні частот 100...10000 Гц запропоновано методику дослідження поширювання малих тріщин за допомогою розробленої системи вимірювання реакції дефектної ділянки металу на дію високочастотного електромагнітного поля. Наведено підходи до створення вимірювального комплексу для визначення довжини малих поверхневих тріщин, що розвиваються від завданого початкового дефекту, а також сформульовано вимоги до вибору геометричних параметрів початкового концентратора. Виявлено, що за однакового рівня циклічних напружень малі утомні тріщини розміром 0,1...0,2 мм формуються раніше (відносно кількості циклів до руйнування) за більш високої частоти навантажування.

Досліджено закономірності розвитку форми фронту кутових тріщин за умов ізотермічного та термомеханічного циклічного навантаження. На зразках зі сплавів ЕІ698 та ЕІ617 показано вплив навантажуючих чинників на сталість форми фронту тріщини відриву.

За допомогою методу базових діаграм проаналізовано більше двохсот діаграм тривалої міцності, одержаних за умов тривалості експерименту 100000 год і більше. Показано, що робота лише з відхиленнями окремих ділянок експериментальних діаграм від відповідних ділянок базових у режимі аналізу відомих експериментальних даних і режимі прогнозування тривалої міцності відкриває нові значні можливості підвищення точності та надійності прогнозування.

Показано можливість використання нових фізично обгрунтованих характеристик в'язкості металу та окрихчуючої дії концентратора напружень з метою аналізу квазікрихкого руйнування, ініційованого короткими тріщинами. Запропоновано методику експериментального визначення величини параметра, який характеризує окрихчуючу дію цих дефектів, та отримано наближену залежність для розрахунку його значення для короткої тріщини. Для типових конструкційних сталей встановлено залежність коефіцієнта запасу в'язкості сталі з короткою тріщиною від рівня її міцності. Сформульовано вимоги до рівня в'язкості, за якого дефекти цього типу не є небезпечними.

Розглянуто вплив жорсткості дослідницької машини і режиму навантажування на механічні характеристики й опір деформуванню металів у разі немонотонного розвитку їх пружнопластичної деформації внаслідок охолодження до 4,2 К і (або) дії імпульсів електричного струму. Запропоновано підхід, який дозволяє наблизити величину стрибка навантаження, зумовленого дією імпульсу електричного струму, за умов довільного режиму навантажування до максимально можливої (у випадку постійної швидкості деформування і малого запасу пружної енергії навантажуючого пристрою) величини.

Проаналізовано ефективність прогнозування деформаційного зміцнення металевих матеріалів у разі малоциклової втоми за умов непропорційного двовісного деформування. Визначальним параметром може бути коефіцієнт непропорційності циклу, що характеризує геометрію циклу деформування. Проведено порівняльний аналіз ефективності застосування в розрахунковій практиці найбільш відомих коефіцієнтів непропорційності для визначення рівнів додаткового зміцнення матеріалу в стані стабілізації його циклічних властивостей.

На підставі аналізу експериментальних даних малоциклової втоми за одновісного та двовісного (непропорційного) деформування широкого класу металевих матеріалів запропоновано інженерний підхід до оцінки довговічності. Підхід базується на кореляційній лінійній залежності між наведеним розмахом деформацій і числом циклів до початку руйнування. Зазначений деформаційний параметр враховує орієнтацію траєкторії циклу в просторі деформацій та ступінь її непропорційності. Використання деформаційного параметра як критеріального дозволило отримати задовільні результати під час прогнозування довговічності.