Аннотация:Актуальность исследований высокотемпературной прочности материалов и конструкций [1], в том числе, находящихся в условии воздействия активных сред [2, 3], не подлежит сомнению. Современные материалы и элементы конструкций должны обеспечивать надежность и работоспособность изделий, выполненных из них, в течение всего срока службы в рабочих условиях с учетом их взаимодействия с внешними и/или рабочими средами. Наиболее часто для дополнительной защиты элементов конструкций от деструктивного воздействия внешней активной среды применяются типовые элементы составного типа. Внешний слой такой составной конструкции, как правило, контактирует с агрессивным веществом и защищает основные элементы конструкции от его разрушительного воздействия.Исследование основано на кинетической теории ползучести и длительной прочности Ю.Н. Работнова [1] с двумя структурными параметрами: поврежденность и концентрация элементов активной среды в материале. Определяются напряженно-деформированное состояние и время до разрушения в условиях ползучести составного растягиваемого стержня прямоугольного поперечного сечения, находящегося в активной среде. Стержень состоит из трех симметрично расположенных по ширине частей, соединенных идеальной адгезией без проскальзывания, длина стержня существенно превышает его ширину и толщину. Влияние активной среды рассматривается в двух вариантах: классический и неклассический диффузионные процессы [4]. В случае неклассического диффузионного процесса проникшее в материал активное вещество находится в двух состояниях: свободном и связанном. Процесс такой диффузии описывается модифицированным уравнением диффузии, учитывающим двухфазное состояние активного вещества в материале:где c - концентрация свободной (мобильной) формы активной среды в единице объема (или на единицу массы) образца; S - концентрация связанной формы активной среды в единице объема (или на единицу массы) образца;D=const - коэффициент диффузии;α,β - параметры диффузионной модели,z- координата;t-время.Получена система уравнений, моделирующая ползучесть составного стержня, в котором его части жестко без проскальзывания связаны между собой, а также включающая в себя кинетические уравнения накопления поврежденности в частях стержня. Учет влияния активной среды производится путем введения в указанные кинетические уравнения функции влияния активной среды – функции от интегрально средней концентрации. В зависимости от материальных параметров и параметров диффузионного процесса анализируются распределения напряжений и процессы накопления повреждений во времени в различных частях составного стержня. Проведены расчеты в двух указанных вариантах воздействия активной среды. Получены зависимости накопления поврежденности и распределения напряжений в частях стержня во времени. В результате определено, что разрушение составного стержня в классическом случае происходит раньше, чем в случае рассматриваемого неклассического диффузионного процессаВ исследовании наряду с применением степенной модели ползучести и длительного разрушения в работе рассматривается применение сингулярной дробно-степенной модели, в которую входит естественная механическая характеристика – предел кратковременной прочности материала при температуре испытания.Литература1. Ю.Н. Работнов // Ползучесть элементов конструкций. 1966. 752с.2. А.М Локощенко. // Ползучесть и длительная прочность металлов.2016. 504 с.3. Alexander Lokoshchenko and Leonid Fomin // Kinetic Theory of Creep and Long-Term Strength of Metals, in Kinetic Theory, George Z. Kyzas and Athanasios C. Mitropoulos IntechOpen, (December 20th 2017). DOI: 10.5772/intechopen.70768.4. J. Crank // The Mathematics of diffusion. 2nd edition. 1975. 414 p.
