Технічна діагностика та неруйнівний контроль, 2022, №01



2022 №01 (01)

DOI of Article 10.37434/tdnk2022.01.02

2022 №01 (03)

---

Технічна діагностика і неруйнівний контроль, 2022, №1, стор. 22-30

Застосування фрактального аналізу при діагностиці технічного стану елементів металоконструкцій

В.В. Усов¹, М.Д. Рабкіна², Н.М. Шкатуляк¹, Н.І. Рибак¹, О.О. Штофель³

¹Південноукраїнський національний педагогічний університет ім. К.Д. Ушинського. 65020, м. Одеса, вул. Старопортофранківська, 26. E-mail: valentinusov67@gmail.com
²ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: marjanara17@gmail.com
³НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37

Показано, що фрактальний аналіз як допоміжний засіб технічної діагностики та неруйнівного контролю дозволяє визначити важливі особливості стану та поведінки елементів металоконструкцій в процесі їх експлуатації та руйнування. Представлено приклади використання фрактальної розмірності зламів для оцінки критичних розмірів крихких тріщин та визначення її впливу на ударну в’язкість, границі плинності, міцності, руйнівний тиск при гідравлічних випробуваннях, а також для виявлення взаємозв’язку фрактальної розмірності із довговічністю після малоциклового втомного руйнування металу зварних з’єднань трубопроводу. Встановлено, що характер фрактальних розмірностей зламів і діаграм залежності прикладеного навантаження від часу при ударних навантаженнях обумовлений напрямком вирізки та температурою випробування зразків. Показано, що основний компонент текстури {001} <110> низьколегованої сталі сприяє збільшенню фрактальної розмірності зламів і крихкому руйнуванню при ударних випробуваннях. Бібліогр. 25, табл. 4, рис. 9.
Ключові слова:: ударні випробування, фрактальна розмірність, крихка тріщина, руйнування

Надійшла до редакції 16.12.2021

Список літератури

1. Usov V.V., Girenko V.S., Rabkina M. D. et al. (1993) Effect of the crystallographic texture on the anisotropy of fracture characteristics of control-rolled low-alloy steel. Materials Science, 29 (2) 146–150. http://lib.gen.in/d55dae53541a8dc954b7f4d30d0a34cf.pdf
2. Лякишев Н.П., Эгиз И.В., Шамрай В.М. (2000) Текстура и кристаллографические особенности разрушения материала труб из стали Х70. Металлы, 2, 68–72. http://www. imet.ac.ru/metally/nambers.htm
3. Иванова В.С., Баланкин А.С., Бунин И.Ж., Оксагоев А.А. (1994) Синергетика и фракталы в материаловедении, Москва, Наука. https://www.researchgate. net/publication/268999858_Sinergetika_i_fraktaly_v_ materialovedenii
4. Мандельброт Б. (2002) Фрактальная геометрия природы. Москва, Институт компьютерных исследований. https://ruwapa.net/book/benua-mandelbrot-fraktalnayageometriya-prirody/
5. Watanabe, T., Tsurekawa, S. (2004) Toughening of brittle materials by grain boundary engineering. Mater. Sci. Engng. A., 387–389, 447–455. https://www.researchgate.net/ publication/222146139_Toughening_of_Brittle_Materials_ by_Grain_Boundary_Engineering
6. Vitek, V., Chen, S.P., Voter, A.F. et al. (1989) Grain boundary structure and intergranular fracture in L12 ordered alloys. Mater. Sci. Forum, 46, 237–252. https://www.scientific.net/ MSF.46.23
7. Watanabe, T. (1993) Grain boundary design and control for high temperature materials. Mater. Sci. Engng. A., 166, 11–28. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/ pii/092150939390306Y
8. Zhou, H.W., Xie, H. (2003) Direct estimation of the fractal dimensions of a fracture surface of rock. Surface Review and Letters, 10(5), 751–762. https://paperzz.com/doc/9119828/ direct-estimation-of-the-fractal-dimensions-of-a
9. Lucas, M.A. (2012) Foundations of Measurement Fractal Theory for the Fracture Mechanics Applied. In Fracture Mechanics, Edited by Alexander Belov. https://www. intechopen.com/chapters/41469
10. Harfa: download. http://www.fch.vut.cz/lectures/imagesci/ includes/harfa_download.inc.php
11. ACDSee Professional 2019. https://www.acdsee.com/en/ products/photo-studio-professional
12. Usov, V.V., Shkatulyak, N.M. (2005) Fractal Nature of the Brittle Fracture Surfaces of Metal. Materials Science, 41(1), 62–66. https://www.researchgate.net/ publication/226818869_Fractal_Nature_of_the_Brittle_ Fracture_Surfaces_of_Metal
13. Мосолов А.Б. (1991) Фрактальная гриффитсова трещина. Журн. техн. физ., 64(7), 57–60. http://journals.ioffe.ru/ articles/viewPDF/24666
14. Хоникомб Р. (1962) Пластическая деформация металлов. Москва, ИЛ. https://ua1lib.org/book/2433166/2721d7
15. Бернштейн М.Л., Займовский М.А. (1979) Механические свойства металлов. Москва, Металлургия. https://ua1lib. org/book/2720875/410310
16. Usov, V.V., Rabkina, M.D., Shkatulyak, N.M., Cherneva, T.S. (2015) Fractal dimension of grain boundaries and mechanical properties of the metal of oxygen cylinder. Material science, 50(4), 612–620. https://www.researchgate. net/publication/276456141_Fractal_Dimension_of_Grain_ Boundaries_and_Mechanical_Properties_of_the_Metal_of_ Oxygen_Cylinders
17. Usov, V.V., Gopkalo, E.E., Shkatulyak, N.M. et al. (2015) Texture, Microstructure, and Fractal Features of the Low Cycle Fatigue Failure of the Metal in Pipeline Welded Joints. Russian Metallurgy (Metally), 9, 759–770. https:// www.researchgate.net/publication/289569432_Texture_ microstructure_and_fractal_features_of_the_low-cycle_ fatigue_failure_of_the_metal_in_pipeline_welded_joints
18. Carney, L.R., Mecholsky, J.J. (2013) Relationship between fracture toughness and fracture surface fractal dimension in AISI 4340 steel. Mater. Sci. Applicat., 4(4), 258–267. http:// dx.doi.org/10.4236/msa.2013.44032
19. Glushkov, A., Khetselius, O., Brusentseva, S., Duborez, A. (2014) Modeling chaotic dynamics of complex systems with using chaos theory, geometric attractors, quantum neural networks. Proc Int. Geom. Center, 7(3), 87–94, http://eprints.library.odeku.edu.ua/id/eprint/2938/1/%D0% 93%D0%BB%D1%83%D0%A5%D0%B5%D1%86%D0 %91%D1%80%D1%83%D0%94%D1%83%D0%B1Pm gc_2014_7_3_13%20(1).pdf
20. Glushkov, A.V., Buyadzhi, V.V., Ternovsky, V.B. et al. (2018) A chaos-dynamical approach to analysis, processing and forecasting measurements data of the chaotic quantum and laser systems and sensors. Sensor Electronics and Мicrosystem Technologies, 15(4) 41–49, http://eprints. library.odeku.edu.ua/id/eprint/4481/1/2018%20T15%20 %234%20CEMST.pdf
21. Usov, V., Rabkina, M., Shkatulyak, N. et al. (2020) Anisotropy of Fractal Dimensions of Fractures and Loading Curves of Steel Samples During Impact Bending. Material Science, 17(4), 142–151. http://ijmse.iust.ac.ir/article-1-1680-en.pdf
22. Kondryakov, E.A., Zhmaka, V.N., Kharchenko, V.V. et al. (2005) System of Strain and Load Measurement in Dynamic Testing of Materials. Strength Mater, 37, 331–335. https:// doi.org/10.1007/s11223-005-0046-6
23. Сталь. Испытание на ударную прочность по Шарпи образцов с V-образным надрезом. Инструментальный метод испытания. http://rossert.narod.ru/alldoc/info/2z77/ g39315.html
24. Winston, R. (Editor) (2015) Oil and Gas Pipelines: Integrity and Safety, Handbook. https://www.worldcat.org/ title/oil-and-gas-pipelines-integrity-and-safety-handbook/ oclc/904715784
25. Pineau, A., Benzerga, A.A., Pardoen, T. (2016) Failure of metals I: Brittle and ductile fracture. Acta Materialia, 107, 424–483. https://par.nsf.gov/servlets/purl/10019128Pineau

---

Реклама в цьому номері:

---