Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Русский Русский
English English

Проезд
Карта сайта
НовостиОб институтеЛабораторииСоветыДиссертационный советОбразованиеКонференции, семинарыЖурналы, книги, ресурсыБиблиотекаПрофсоюзСотрудникам
Главная > Структура > Лаборатории > Механики прочности и разрушения материалов и конструкций > детали

Лаборатория механики прочности и разрушения метериалов и конструкций. Подробная информация

См. также Общие сведения о лаборатории

См. также Наши результаты: Методы обнаружения и идентификации дефектов в упругих телах

См. также Наши результаты: Концентрация напряжений в костных тканях и винтовых дентальных имплантатах

Основные достижения

  • Различные варианты формирования структуры трещин при сжатии образца с прямолинейным рядом отверстий Различные варианты формирования структуры трещин при сжатии образца с прямолинейным рядом отверстий
    Различные варианты формирования структуры трещин при сжатии образца с прямолинейным рядом отверстий.

  • Измерение остаточных напряжений.
  • Стент
    Стент.
  • Разработана модель, позволяющая выполнять последовательное исследование физических процессов формирования, роста и самозалечивания дефектов и трещин в рамках подхода, основанного на объединении кинетической термофлуктуационной теории разрушения и модели концевой области трещины. Кинетическая теория формирования связей и модель концевой зоны трещины объединены в численном алгоритме и реализованы в форме вычислительной программы.
  • Разработан аналитический метод идентификации дефектов (полостей, трещин, включений) канонической формы в упругом теле с помощью переопределенных данных (приложенных усилий и перемещений) на внешней границе тела.
  • Разработан метод идентификации любого числа трещиноподобных дефектов в стержне по собственным частотам продольных и поперечных колебаний с различными условиями на концах.
    • Экспериментальная установка для измерения собственных частот колебаний стержня с трещиноподобными дефектами и результат их идентификации
      Экспериментальная установка для измерения собственных частот колебаний стержня с трещиноподобными дефектами и результат их идентификации.
  • Исследовано влияние упругой анизотропии на искривление траектории роста трещины.
  • Обнаружены аномалии в распространении фундаментальных мод волн Рэлея–Лэмба, а также интерфейсных волн Стоунли в функционально-градиентных и стратифицированных средах и, в частности, условия возникновения подповерхностных волн, распространяющихся со сверхзвуковыми скоростями.
  • Построены математические модели гранулированных материалов, обладающих свойствами фононных кристаллов, на основе которых могут быть созданы сейсмо-изолирующие устройства нового поколения, позволяющие рассеивать энергию поверхностных сейсмических волн Рэлея, Рэлея–Лэмба и Лява в широком диапазоне частот и фазовых скоростей.
    • Сравнение уровня напряжений в высотных зданиях без системы сейсмозащиты (слева) и в защищенном с помощью сейсмического барьера и подушек (справа). Сейсмическое воздействие отвечает землетрясению интенсивности 9.5 баллов по шкалам MSK-64 и MMC
      Сравнение уровня напряжений в высотных зданиях без системы сейсмозащиты (слева) и в защищенном с помощью сейсмического барьера и подушек (справа). Сейсмическое воздействие отвечает землетрясению интенсивности 9.5 баллов по шкалам MSK-64 и MMC.
  • Разработан, действующий в настоящее время, Госстандарт по контролю остаточных технологических напряжений методом лазерной интерферометрии.
  • Созданная коллективом лаборатории спекл-интерферометрическая система и методика измерений остаточных напряжений демонстрировалась на отечественных и международных выставках, была лауреатом конкурса РАН на лучший научный прибор.
  • Разработана физико-механическая модель формирования зоны ослабленных связей на границе соединения материалов, основанная на применении кинетической концепции термофлуктуационного разрушения в рамках модели концевой области трещины.
  • Проведен анализ влияния напряженного состояния ледяного покрова на условия работы ледоколов при проводке судов и в операциях по снижению ледовых нагрузок на суда и сооружения, предложен подход к задачам управления напряженным состоянием и движениями регионального ледяного покрова под действием ветровых нагрузок и течений посредством создания систем искусственных нарушений.
  • Предложены модели процесса разрушения трещиноподобными дефектами тонких тел и покрытий при сжатии в поперечном направлении, в которых разрушение в концевых областях таких трещин контролируется коэффициентом интенсивности напряжений сжатия. Описанный механизм разрушения, в частности, характерен для ледяного покрова, в котором при сжатии может таким образом инициироваться развитие гряды торосов.
  • Предложена модель процесса химико-механического полирования с учетом комплекса явлений различного масштаба, таких как диффузия активной рабочей жидкости в поверхностный слой и ограничение экспозиции химической обработки механически нагруженным полировальником, учитывающая специфику химических и механических аспектов взаимодействия рабочей жидкости и частиц абразива с полируемой поверхностью, а также взаимодействие с ней поверхности вязкоупругого полировальника, в рамках которой получена зависимость скорости полирования от приложенной нагрузки, обобщающая эмпирический закон Престона.
  • Разработан персонифицированный подход к компьютерному планированию дентальных реставраций на имплантах: развита цифровая технология построения индивидуальной биомеханической модели челюстей по компьютерным томограммам, дополнения ее имплантами и протезной конструкцией, и далее индивидуального компьютерного планирования протезирования на имплантатах с учетом биомеханики системы челюсть-имплантат-супраструктуры.
    • Интерфейс пакета Mimics. Модель нижней челюсти
      Интерфейс пакета Mimics. Модель нижней челюсти.
    • Конечно-элементная модель нижней челюсти и имплантов
      Конечно-элементная модель нижней челюсти и имплантов.
    • Напряженное состояние в нижней челюсти и имплантах
      Напряженное состояние в нижней челюсти и имплантах.
  • Методами наномеханики и квантовой химии выполнены ab initio расчеты энергии связей (прочности сцепления) между титаном – стандартным материалом для имплантатов – и компонентами биоактивных покрытий, улучшающих и ускоряющих срастание импланта с костью.
  • Развит инженерный подход и разработан ряд базовых моделей для оценки основных функционально-механических характеристик внутрисосудистых (в том числе саморассасывающихся) стентов (расширяемость, упругая отдача, жесткость и др.).

Общая информация

Лаборатория механики прочности и разрушения материалов и конструкций была организована в 1988 г. доктором физико-математических наук, членом-корреспондентом РАН Робертом Вениаминовичем Гольдштейном (1940–2017 гг.). Благодаря разнообразию интересов Р.В. Гольдштейна, проводимые в лаборатории работы охватывали широкий круг проблем. После ухода Р.В. Гольдштейна в 2017 г. лаборатория была разделена. На базе части сотрудников лаборатории была сформирована новая лаборатория механики технологических процессов. Руководство оставшейся части лаборатории было возложено на д.ф.-м.н. Е.И. Шифрина.

В настоящее время в лаборатории продолжаются исследования в традиционных для нее направлениях, включающих проблемы математического и численного моделирования процессов формирования, роста и самозалечивания трещин, с учетом микроструктуры их концевой области. Разрабатываются модели образования структур разрушения в пористых хрупких материалах при различных условиях нагружения. Продолжаются работы, связанные с ледовой тематикой. Исследуются механизмы деформирования и разрушения льда и ледяного покрова при различных внешних воздействиях, в том числе при контакте с преградами.

В последние годы значительное развитие получили работы по биомеханике внутрисосудистых и дентальных имплантатов. Проведен ряд важных исследований по распространению волн в слоистых средах и рассеянию энергии волн гранулированными материалами. Полученные результаты позволили сформулировать конкретные предложения по защите сооружений от воздействия сейсмических волн. Предложенные решения защищены рядом патентов в области сейсмической защиты.

Большое внимание уделяется проблемам разработки методов решения геометрических обратных задач теории упругости и спектральных обратных задач для одномерных элементов конструкций. Указанные проблемы играют важную роль при разработке новых методов неразрушающего контроля элементов конструкций.

В состав лаборатории входит группа, занимающаяся экспериментальными исследованиями. Этой группой разработаны метод и аппаратура панорамной спекл-интерферометрии для тела произвольной формы, развиты теоретические и экспериментальные методы измерения остаточных напряжений, разрабатываются методы виброакустической диагностики дефектов тонкостенных элементов конструкций. Разработанные методики и аппаратура неоднократно апробировались в конкретной измерительной работе на объектах нефтяной, газовой, авиационной и атомной промышленности.

Проводимые в лаборатории исследования неоднократно поддерживались различными фондами, в том числе, РФФИ и РНФ.

Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории

Книги

  1. Гольдштейн Р.В., Ентов В.М. Качественные методы в механике сплошных сред. М.: Наука, 1989. 223 с.
    = Goldstein R.V., Entov V.M. Qualitative methods in continuum mechanics. Harlow: Longman Scientific & Technical. 1992, 279 p. ISBN 0582083729
  2. Попов А.Л., Чернышев Г.Н. Механика звукоизлучения пластин и оболочек. М.: Наука, 1994. 208 с.
  3. Чернышев Г.Н., Попов А.Л.,. Козинцев В.М., Пономарёв И.И. Остаточные напряжения в деформируемых твёрдых телах. М.: Наука, 1996. 240 с.
  4. Гольдштейн Р.В., Городцов В.А. Механика сплошных сред: Курс лекций. Ч. 1. Основы и классические модели жидкости. М.: Наука. Физматлит. 2000. 256 с.
  5. Шифрин Е.И. Пространственные задачи линейной механики разрушения. М.: Издательство физико-математической литературы. 2002. 368 с.
  6. Чернышев Г.Н., Попов А.Л., Иванов С.Д., Козинцев В.М., Антонов А.А. Технологические напряжения в сварных соединениях. М.: Изд. МГОУ, 2004. 254 с.
  7. Участие в Энциклопедии UNESCO:
    R. Goldstein, M. Lepparanta, D. Onishchenko, N. Osipenko, 2018, Bearing capacity of ice, in Cold Regions Science and Marine Technology, edited by Hayley H. Shen, in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Paris, France, [http://www.eolss.net]. (Volume 2).

Статьи

  1. Goldstein R., Perelmuter M. Modeling of Bonding at an Interface Crack // International Journal of Fracture. 1999. V. 99. Issue 1-2. P. 53-79. DOI: 10.1023/A:1018382321949
  2. Goldstein R.V., Popov A.L., Kozintsev V.M., Chelubeev D.A. Some new applications of ESPI at the mechanical tests // Meccanica. 2015. V. 50. Issue 2. P. 389-399. DOI: 10.1007/s11012-014-9949-2
  3. Гольдштейн Р.В., Осипенко Н.М. Поэтапное развитие структуры разрушения в окрестности фронта трещины продольного сдвига // Доклады Российской академии наук. 2012. Т. 445. № 2. С. 164-167. [elibrary]
    = Goldstein R.V., Osipenko N.M. Successive development of the structure of a fracture near the front of a longitudinal shear crack // Doklady Physics. 2012. V. 57. No. 7. P. 281-284. DOI: 10.1134/S1028335812070087
  4. Гольдштейн Р.В., Осипенко Н.М. Влияние вида элементов структуры материала на сценарий разрушения при сложном напряженном состоянии. Изв. РАН МТТ, 2015. № 2. С. 44-59. [журнал]
    = Goldstein R.V., Osipenko N.M. Influence of the form of material structure elements on the fracture scenario in a complex stress state // Mechanics of Solids. 2015. V. 50. No. 2. P. 147-159. DOI: 10.3103/S0025654415020041
  5. Гольдштейн Р.В., Осипенко Н.М. О разрушении при сжатии // Физическая мезомеханика. 2018. Т. 21. № 3. С. 86-102. DOI: 10.24411/1683-805X-2018-13009
    = Goldstein R.V., Osipenko N.M. About compression fracture // Physical Mesomechanics. 2019. V. 22. No. 6. P. 439-455. DOI: 10.1134/S1029959919060018
  6. Shifrin E.I., Ruotolo R. Natural frequencies of a beam with an arbitrary number of cracks // Journal of Sound and Vibration. 1999. V. 222. No. 3. P. 409-423. DOI: 10.1006/jsvi.1998.2083
  7. Shifrin E.I. Inverse spectral problem for a rod with multiple cracks // Mechanical Systems and Signal Processing. 2015. V. 56-57. P. 181-196. DOI: 10.1016/j.ymssp.2014.11.004
  8. Shifrin E.I. Identification of a finite number of small cracks in a rod using natural frequencies // Mechanical Systems and Signal Processing. 2016. V. 70-71. P. 613-624. DOI: 10.1016/j.ymssp.2015.09.023
  9. Shifrin E.I., Shushpannikov P.S. Identification of an ellipsoidal defect in an elastic solid using boundary measurements // International Journal of Solids and Structures. 2011. V. 48. Issues 7-8. P. 1154-1163. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2010.12.016
  10. Shifrin E.I. and Kaptsov A.V. Identification of multiple cracks in 2D elasticity by means of the reciprocity principle and cluster analysis // Inverse Problems. 2018. V. 34. No. 1. 015009. DOI: 10.1088/1361-6420/aa9d74
  11. Kuznetsov S.V. Scattering of elastic bulk waves by periodic arrays of voids or anisotropic inclusions // Zeitschrift fur angewandte Mathematik und Physik. 2018. V. 69. Article number: 90. DOI: 10.1007/s00033-018-0986-x
  12. Kuznetsov S.V. Lamb waves in functionally graded plates with transverse inhomogeneity // Acta Mechanica. 2018. V. 229. P. 4131-4139. DOI: 10.1007/s00707-018-2226-z
  13. Kuznetsov S.V. Abnormal dispersion of flexural Lamb waves in functionally graded plates // Zeitschrift fur angewandte mathematik und physik. 2019. V. 70. Article number: 89. DOI: 10.1007/s00033-019-1132-0
  14. Sijia L., Brun M., Djeran-Maigre I., Kuznetsov S. Hybrid asynchronous absorbing layers based on Kosloff damping for seismic wave propagation in unbounded domains // Computers and Geotechnics. 2019. V. 109. P. 69-81. DOI: 10.1016/j.compgeo.2019.01.019
  15. Perelmuter M. Boundary element analysis of structures with bridged interfacial cracks // Computational Mechanics. 2013. V. 51. No. 4. P. 523-534. DOI: 10.1007/s00466-012-0817-4
  16. Perelmuter M. Nonlocal criterion of bridged cracks growth: Weak interface // Journal of the European Ceramic Society. 2014. V. 34. No. 11. P. 2789-2798. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.01.033
  17. Перельмутер M.Н. Моделирование кинетики самозалечивания трещин // Физическая мезомеханика. 2019. Т. 22. № 4. С. 47-55. DOI: 10.24411/1683-805x-2019-14005
  18. Popov A.L., Alexandrov S.E., Kozintsev V.M., Levitin A.L. and Chelyubeev D.A. Effect of plasticity at out-of-plane electronic speckle pattern interferometry diagnostics of axisymmetric stresses by the hole-drilling method // Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2018. V. 53. No. 1. P. 3-14. DOI: 10.1177/0309324717738377
  19. Дашевский И.Н., Шушпанников П.С. Зависимость первичной стабильности дентального имплантата от направления окклюзионной нагрузки // Российский журнал биомеханики. 2019. Т. 23. № 3. С. 391-399. [pdf]
    = Dashevsky I.N., Shushpannikov P.S. Dependence of the primary stability of the dental implant on the direction of the occlusal load // Russian Journal of Biomechanics. 2019. V. 23. No. 3. P. 333-340 [pdf]
  20. Дашевский И.Н., Шушпанников П.С. Влияние характеристик резьбы на первичную стабильность дентальных имплантатов // Российский журнал биомеханики. 2018. Т. 22. № 3. С. 361-377. [pdf]
    = Dashevsky I.N., Shushpannikov P.S. Effect of thread characteristics on the primary stability of dental implants // Russian Journal of Biomechanics. 2018. V. 22. No. 3. P. 318-332. [pdf]

Экспериментальное оборудование

  • Лаборатория имеет собранные из стандартных комплектующих спекл-интерферометры различного назначения. Имеются варианты мобильного исполнения интерферометров и опыт их использования при реализации метода отверстия в производственных условиях.
  • Имеются также отечественные аппаратные комплексы для многоканальной независимой записи и обработки в реальном времени акустических сигналов и их спектров на базе компьютеризированных анализаторов спектра A17-U4 и А19-U2 с набором направленных микрофонов, бесконтактные электромагнитные вибраторы для диапазона частот от 120 до 10 000 Гц, набор тонкостенных металлических прямоугольных, круговых и эллиптических пластин, тонкостенные оболочки разных типов: цилиндрические, в том числе – протяжённые, – длиной до 3 м, конические и эллипсоидальные, опытовый бак для исследования вибраций и звукоизлучения оболочек в контакте с жидкой средой.

Информация на август 2020 г.