Почему и как разрушаются материалы? Как предотвратить разрушение одних и оптимально разрушить другие? Как избежать катастроф?
С этими и другими вопросами мы обратились к автору вышедшей недавно монографии «Аналитическая теория прочности горных пород и массивов» (Донецк: Норд-Пресс — 2008, 212 с.), доктору технических наук, профессору Донбасского государственного технического университета Гарри Литвинскому.
— Гарри Григорьевич, книга — результат многолетних исследований, выполненных на кафедре «Строительная геотехнология и горные сооружения». В чем их смысл и содержание?
— Проблема, освещенная в монографии, является одной из важнейших в технических науках. Прочность имеет большое значение, когда рассчитывают любые конструкции, сооружения и природные объекты. Знать ее должны инженеры всех без исключения технических специальностей: горняки, строители, машиностроители, механики…
Основы науки о прочности заложил еще Галилео Галилей почти четыре столетия назад. И все это время лучшие ученые всего мира пытались выяснить: почему и как разрушаются материалы, какие критерии их прочности? Аварии и катастрофы — разрушение мостов и дамб, разламывание кораблей и падение самолетов, обрушение бортов карьеров и массивов пород в горных выработках — снова и снова опровергали заключения ученых. А как определишь оптимальные размеры деталей конструкций и машин, если нет надежной теории прочности? Отклонение в сторону уменьшения прочности приведет к поломке, аварии, нередко — к катастрофе; ошибка в другую сторону — к излишней затрате материалов, удорожанию и неоправданной затрате ресурсов. Вот почему проблема создания теории прочности была всегда чрезвычайно актуальной.
Научные школы разных стран предложили несколько десятков теорий прочности. Каждая из этих теорий удовлетворительно описывала какой-либо узкий раздел общей проблемы, за пределами которого давала досадные сбои, поскольку была ошибочной.
— В чем же преимущества аналитической теории прочности, разработанной вами и вашими коллегами? Что позволяет ей достойно прийти на смену выводам светлых умов прошлого?
— Новая теория разрушения использует принципиально иную, теоретически обоснованную расчетную схему, базирующуюся на особой трактовке модели развития микротрещин в материале, «отвечающих» за разрушение. Впервые было объяснено и учтено явление особого взаимодействия берегов трещин сдвига, когда в них возникают огромные по мощности всплески температуры, электромагнитного и акустического излучения, что приводит к появлению не только сухого, но и жидкостного трения.
Такая механическая модель разрушения дала возможность впервые содержательно объяснить множество особенностей поведения материалов под нагрузкой. Но самое главное — перейти на новый уровень теоретического обобщения: подняться от описания алгебры прочности (в виде комбинации тензоров напряжения) до аналитической ее формы в виде дифференциальных уравнений прочности. Уровень научного скачка сопоставим с переходом от уравнений алгебры к дифференциальной теории. В новой теории главными параметрами стали фундаментальные свойства материала: когезия отрыва, когезия сдвига и коэффициент хрупкости (когезия — внутреннее сцепление частичек материала).
— Что это, в конце концов, дало?
— Если кратко — разработанная нами теория позволила решить задачи, раньше считавшиеся непреодолимыми из-за их невероятной сложности. Впервые стало возможным учесть внутреннее строение материала — наличие в нем трещин, неоднородностей и контактов разного типа. Можем констатировать, что этим заложены основы теории структурной микромеханики материалов — нового научного направления — относительно прочности и критериев разрушения сложных сред. И не только каменных материалов, но и металлов, находящихся в сложном напряженном состоянии. А это прямой выход на разработку теории расчетов в тех областях, где господствовал ползучий эмпиризм, то есть поверхностное описание экспериментальных фактов.
К проблемным научным направлениям, где на базе аналитической теории прочности теперь можно создавать основы расчетов, прежде всего относятся геомеханика подземных взрывов зарядов, теория резания горных пород и металлов различными инструментами. Результаты наших исследований пригодятся тем, кто занимается предотвращением обвалов горных склонов, обеспечением устойчивости карьеров и дамб. Будет полезна разработанная теория и в других отраслях знаний.
— То есть работа, с одной стороны, итоговая, а с другой — новое поле деятельности для молодых и любознательных исследователей?
— Да, их ждут новые открытия, практические разработки, которые, безусловно, понадобятся всем, кто по роду своей деятельности сталкивается с проблемой прочности горных пород и массивов.
