Генезис розвитку гіпотез, теорій та експериментальних досліджень міцності та руйнування будівельних матеріалів і конструкцій
Заголовок (англійською):
Genesis of the development of hypotheses, theories and experimental research on the strength and destruction of building materials and structures
Автор(и):
Терещук М.О.
Макаренко В.Д.
Савенко В.І.
Гончаренко Т.А.
Бондаренко М.І.
Автор(и) (англ):
Tereshchuk M.O.
Makarenko V.D.
Savenko V.I.
Honcharenko T.A.
Bondarenko M.I.
Ключові слова (укр):
генезис, деформації, тріщини, пластичні зони, тріщиностійкість, властивості матеріалів, міцність, втомленість металу
Ключові слова (англ):
genesis, deformations, cracks, plastic zones, crack resistance, material properties, strength, metal fatigue
Анотація (укр):
Вперше проведено історичний екскурс щодо розвитку гіпотез і теорій природи та механізмів руйнування крихких і пластичних матеріалів. Показано вклад у розвиток сучасної механіки деформованого тіла українських вчених-експериментаторів і теоретиків, зокрема, Б.Є. Патона, Г.С. Писаренка, В.В. Панасюка та ін. Причиною руйнування деталей машин та елементів будівельних конструкцій є, насамперед, фізичні та хімічні чинники. З метою виявлення механічних факторів досліджуються наявні силові поля конструкції, встановлюються максимальні напруження біля концентраторів, визначається осередок руйнування, проводиться належний його макро- та мікроаналіз, уточнюються залишкові напруження й деформації, знаходяться дефекти типу тріщин, крихкі зони, дислокації та ін. Для дефініції хімічних факторів проводять аналіз поверхні в зоні руйнування, з'ясовують характер хімічної реакції в кінці корозійної тріщини, діагностують причини локального змінювання структури матеріалу і т. д. Щоб зменшити небезпеку руйнування потрібно модифікувати необхідним чином конструкцію, замінити матеріал, усунути зовнішні причини впливу, застосувати додаткові технологічні операції, наприклад, виконати покриття захисними плівками. Існують різноманітні теорії руйнування. Наявність структурних включень типу зерен, мікротріщин, дислокацій практично у всіх матеріалах призводить до того, що їхня міцність стає значно меншою за теоретичну. При цьому, чим більша дефектність конструкційного матеріалу (відхилення його структури від ідеальної), тим менша міцність за інших однакових умов. У випадках, коли руйнування відбувається під дією повторного або циклічного навантаження, то його класифікують як руйнування від втомленості. Зазначене явище дослідили У. Ранкіна та А. Веллер понад 100 років тому. Нині механіку від втомленості покладено в основу проєктування та розрахунку більшості динамічно напружених конструкцій і машин. Це пов’язано з підвищенням експлуатаційної надійності, зниженням ваги та поліпшенням економічних показників конструкцій. Завдяки працям учених України та країн Західної Європи в останні роки створені різноманітні випробувальні машини, які ввійшли у практику наукових досліджень різних країн (Німеччини, Франції, Бельгії, Великої Британії та ін.). На засадах робіт М. М. Давиденка, І. А. Одинга, С. В. Серенсена, Г. С. Писаренка, Є. О. Патона, В. І. Труфякова, Я. Б. Фрідмана, О. М. Гузя, В. І. Панасюка, С. В. Малашенка та інших вчених створено належні сучасні випробувальні машини, вимірювальні прилади і пристрої, проведено відповідні дослідження. Зазначене дозволило отриманим фундаментальним відомостям про механічні властивості матеріалів посісти одне з провідних місць у світовій науці. Вітчизняні вчені вивчили характеристики міцності та повзучості багатьох матеріалів залежно від різних швидкостей деформування, температури, встановили наявність залишкових напружень та інших факторів. Варто також зауважити, що в останні роки увійшли у практику нові методи експериментальних досліджень: електро-тензометричний, полярізаційно-оптичний, мембранної аналогії, лакових покриттів, ультразвуковий, рентгенівський, лазерний та ін. Подальший технічний прогрес неможливий без створення нових методів експериментальних досліджень механічних властивостей матеріалів.
Анотація (англ):
For the first time, a historical overview of the development of hypotheses and theories on the nature and mechanisms of destruction of brittle and plastic materials has been conducted. The contribution of Ukrainian experimental scientists and theorists, in particular B. E. Paton, G. S. Pysarenko, V. V. Panasyuk, and others, to the development of modern mechanics of deformed bodies is shown. The main causes of destruction of machine parts and elements of building structures are physical and chemical factors. In order to identify mechanical factors, the existing force fields of the structure are studied, the maximum stresses near the concentrators and the center of destruction are established, its macro- and microanalysis is performed, residual stresses and deformations are determined, and defects such as cracks, brittle zones, dislocations, etc. are found. To define chemical factors, the surface in the failure zone is analyzed, the nature of the chemical reaction at the end of the corrosion crack is determined, the causes of local changes in the material structure are diagnosed, etc. To eliminate or reduce the risk of failure, it is necessary to modify the design as required, replace the material, eliminate external causes, and perform additional technological operations, such as applying protective coatings. There are various theories of destruction. The presence of structural inclusions such as grains, microcracks, and dislocations in virtually all materials leads to their strength becoming significantly lower than theoretical. At the same time, the greater the defectiveness of the structural material (the deviation of its structure from the ideal), the lower the strength under other identical conditions. If destruction occurs under the action of repeated or cyclic loading, it is called fatigue destruction. This phenomenon was discovered by W. Rankine and A. Weller over 100 years ago. Today, fatigue mechanics is the basis for the design and calculation of most dynamically stressed structures and machines. This is due to increased operational reliability, reduced weight, and improved economic performance of structures. Thanks to the work of scientists from Ukraine and Western European countries, a variety of testing machines have been created in recent years, which have been put into practice in various countries (Germany, France, Belgium, Great Britain, etc.), based on the work of M. M. Davydenko, I. A. Odin, S. V. Serenesen, G. S. Pysarenko, E. O. Paton, V. I. Trufyakov, Ya. B. Friedman, O. M. Guz, V. I. Panasyuk, S. V. Malashenko, and others, appropriate modern testing machines, measuring instruments, and devices have been created, and relevant research has been conducted. This allowed the fundamental knowledge obtained about the mechanical properties of materials to take one of the leading places in world science. Domestic scientists studied the strength and creep characteristics of many materials depending on different deformation rates and temperatures, and established the presence of residual stresses and other factors. It should also be noted that in recent years, new methods of experimental research have come into practice, such as electro-tensometric, polarization-optical, membrane analogy, lacquer coatings, ultrasonic, X-ray, laser, and others. Further technical progress is impossible without the creation of new methods of experimental research of the mechanical properties of materials.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2025, номер 115
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2025, number 115
Мова статті:
Українська
Формат документа:
application/pdf
Дата публікації:
28 Декабрь 2025
Номер збірника:
Університет автора:
Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, Глухівський національний педагогічний університет імені Олександра Довженка, Глухів
Литература:
- Писаренко Г.С., Агарев В.А., Квитка А.Л. и др. Сопротивление материалов.Киев: Вища шк., 1986. 775с.
- Тимошенко С.П. История науки о сопротивлении материалов. Киев: Изд-во науч. техн. литературы, 1957. 536с.
- Цурпал І.А. Механіка матеріалів і конструкцій. Навч. посібник. Київ: Вища школа, 2005. 367с.
- Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. Киев: Наукова думка, 1990.256с.
- Мешков Ю.Я. Физические основы разрушения стальных конструкций. Киев: Наукова думка, 1981. 229с.
- Макаренко В.Д., Савенко В.І., Гоц В.І., Іванченко Г.М. Корозійна стійкість при динамічному навантаженні будівельних споруд: монографія. Ніжин: НДУ ім. М. Гоголя. 2025.120 с.
- Савенко В.І., Нестеренко І.С., Клюєва В.В., Полосенко О.В., Куліков П.М. Пропроблеми визнання та впровадження інноваційних технологій і відносин науковців з державними інститутами. SWorld Journal.2024. Issue 27. Part 1. С. 3-13. https://doi.org/10.30888/2663-5712.2024-27-00-007
- Макаренко В.Д., Гоц В.І., Савенко В.І., Владимиров О.В., Макаренко Ю.В. Експериментальні дослідження кінетики росту тріщин та несучої здатності трубних сталей підземних систем водовідведення. Опір матеріалів і теорія споруд.2023.Вип. 110.С.469-482.
- Макаренко Ю.В., Савенко В.І., Горлач О.М., Задорожнікова О.В., Чигиринець О.Е., Победа С.С. Дослідження кінетики росту тріщин під дією статичних і динамічних навантажень трубних сталей в корозійно-агресивному середовищі NAСЕ. Опір матеріалів і теорія споруд. 2023. Вип. 110.С.520-532.
- Макаренко В.Д., Крижанівський Є.І., Чернов В.Ю. Проблеми корозійної стійкості промислових трубопроводів. Нафтова і газова промисловість.2002.№6.-С.42-44.
- Макаренко В., Войтович О., Макаренко Ю., Гоц В., Савенко В., Владимиров О., Стогній О., Азутов В. Дослідження впливу корозійного середовища на тривалу втомленість сталевих каналізаційних конструкцій. Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки. 2023. Вип. 43. С.36-44. https://www.doi.org/10.32347/2524-0021.2023.43.36-44
- Макаренко В.Д., Білик С.І., Гоц В.І., Савенко В.І., Владимиров О.В., Шатрова І.А. та ін. Кінетика тріщиноутворення в сталевих конструкціях: монографія. Київ: НУБіП України, 2023.248с.
References:
- Pysarenko H.S., Aharev V.A., Kvytka A.L. i dr. Soprotivlenie materyalov (Strength of Materials). ‑ Kyiv: Vyshcha shk., 1986. ‑ 775 s.
- Tymoshenko S.P. Istoriia nauki o soprotyvlenii materialov (History of the science of strength of materials). ‑ Kiev: Yzd-vo nauch. tekhn. literatury, 1957. ‑ 536 s.
- Tsurpal I.A. Mekhanika materialiv i konstruktsii (Mechanics of materials and structures). Navch. posibnyk. ‑ Kyiv: Vyshcha shkola, 2005. ‑ 367 s.
- Trufiakov V.Y. Ustalost svarnykh soedinenii (Fatigue of welded joints). ‑ Kyiv: Naukova dumka, 1990. ‑ 256 s.
- Meshkov Yu.Ia. Fizicheskie osnovy razrusheniia stalnykh konstruktsii (Physical principles of destruction of steel structures). ‑ Kyiv: Naukova dumka, 1981. ‑ 229 s.
- Makarenko V.D., Savenko V.I., Hots V.I., Ivanchenko H.M. Koroziina stiikist pry dynamichnomu navantazhenni budivelnykh sporud: monohrafiia (Corrosion resistance under dynamic loading of building structures: monograph). ‑ Nizhyn: NDU im. M. Hoholia. 2025. ‑ 120 s.
- Savenko V.I., Nesterenko I.S., Kliuieva V.V., Polosenko O.V., Kulikov P.M. Proproblemy vyznannia ta vprovadzhennia innovatsiinykh tekhnolohii i vidnosyn naukovtsiv z derzhavnymy instytutamy (On the problems of recognition and implementation of innovative technologies and relations between scientists and state institutions). – Sworld Journal. 2024. Issue 27. Part 1. S. 3-13. https://doi.org/10.30888/2663-5712.2024-27-00-007
- Makarenko V.D., Gots V.I., Savenko V.I., Vladimirov O.V., Makarenko Y.V. Eksperymentalni doslidzhennia kinetyky rostu trishchyn ta nesuchoi zdatnosti trubnykh stalei pidzemnykh system vodovidvedennia (Experimental studies of crack growth kinetics and bearing capacity of steel pipes of underground water distribution systems) // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. – K.: KNUBA, 2023. – Issue 110. – P. 469-482.
- Makarenko Yu.V., Savenko V.I., Gorlach O.M., Zadorozhnikova I.V., Chygyrynets’ O.E., Pobeda S.S. Doslidzhennia kinetyky rostu trishchyn pid diieiu statychnykh i dynamichnykh navantazhen trubnykh stalei v koroziino-ahresyvnomu seredovyshchi NASE (Research of the kinetics of crack growth under the action of static and cyclic loads of pipe steel in a NACE corrosion-aggressive environment) // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-Technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2023. – Issue 110. – P. 520-532.
- Makarenko V.D., Kryzhanivskyi Ye.I., Chernov V.Iu. Problemy koroziinoi stiikosti promyslovykh truboprovodiv (Problems of corrosion resistance of industrial pipelines). ‑ Naftova i hazova promyslovist. 2002. №6. ‑ S.42-44.
- Makarenko V., Voitovych O., MakarenkoYu., Hots V., Savenko V., Vladymyrov O., Stohnii O., Azutov V. Doslidzhennia vplyvu koroziinoho seredovyshcha na tryvalu vtomlenist stalevykh kanalizatsiinykh konstruktsii (Research into the influence of corrosive environments on the long-term fatigue of steel sewer structures). ‑ Problemy vodopostachannia, vodovidvedennia ta hidravliky. 2023. Vyp. 43. S.36-44. https://www.doi.org/10.32347/2524-0021.2023.43.36-44
- Makarenko V.D., Bilyk S.I., Hots V.I., Savenko V.I., Vladymyrov O.V., Shatrova I.A. ta in. Kinetyka trishchynoutvorennia v stalevykh konstruktsiiakh: monohrafiia (Kinetics of Crack Formation in Steel Structures: Monograph). ‑ Kyiv: NUBiP Ukrainy, 2023. ‑ 248 s.