ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 669.15-194
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-2-93-101
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Защита транспортной и гражданской инфраструктуры в горных регионах от камнепадов и селей требует создания высокоэффективных инженерных заграждений. Традиционные кольчужные сетки из высокоуглеродистой стали часто достигают предела своей энергоемкости из-за низкой пластичности материала, что в условиях динамического удара приводит к локальному хрупкому разрушению колец и пробитию барьера. В этой связи актуальным является поиск новых материалов, способных сочетать высокую прочность с адаптивной пластичностью. Цель работы. Исследование и обоснование возможности применения сталей с эффектом пластичности, наведенной превращением (TRIP-сталей), для производства элементов противообвальных кольчужных сеток с целью повышения их энергопоглощающей способности. Используемые методы. Исследование проведено методом компьютерного моделирования в программном комплексе Abaqus. Разработана конечно-элементная динамическая модель взаимодействия жесткого индентора массой 300 кг с фрагментом кольчужной сетки при скоростях от 10 до 20 м/с. Проведено сравнительное моделирование поведения сетки из традиционной стали 80 и метастабильной стали TRIP700. Для описания TRIP-эффекта использована модель с учетом зависимости предела текучести и критериев разрушения (Ductile Damage) от скорости деформации. Новизна. Впервые предложена и обоснована концепция применения TRIP-сталей в метизном производстве для систем инженерной защиты. Установлено, что за счет фазового превращения аустенита в мартенсит в зонах концентрации напряжений реализуется механизм динамического упрочнения, предотвращающий преждевременную локализацию деформаций в узлах контакта колец. Результат. Установлено, что применение стали TRIP700 позволяет увеличить порог поглощаемой энергии конструкции более чем в 4 раза по сравнению с традиционными решениями. Показано, что в TRIP-стали превалирует механизм пластической диссипации энергии (ALLPD), обеспечивающий полную остановку объекта без значительной упругой отдачи, в то время как сталь 80 демонстрирует склонность к мгновенному разрушению при достижении критических скоростей удара. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют рекомендовать внедрение TRIP-сталей в производство высокопрочной проволоки для систем защиты от камнепадов. Использование предложенного материала позволяет создавать «самоадаптирующиеся» защитные барьеры с повышенным ресурсом надежности, способные эффективно гасить энергию удара даже при жестких схемах закрепления или отказе демпфирующих элементов анкерных систем.
Ключевые слова
Компьютерное моделирование, сталь с трансформационно-индуцированной пластичностью, кольчужные сетки, геотекстиль.
Для цитирования
Оценка возможности применения TRIP-сталей в производстве противообвальных кольчужных сеток / Константинов Д.В., Корчунов А.Г., Огнева Е.М., Комкова Д.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №2. С. 93-101. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-2-93-101
1. Rockfall characterisation and structural protection – a review / Volkwein A., Schellenberg K., Labiouse V., Agliardi F., Berger F., Bourrier F., Dorren L. K. A., Gerber W. and Jaboyedoff M. // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2011, no. 11, 2617–2651.
2. Grassl. H. Design of rockfall protection systems : diss. ... Dr. sc. techn. Zurich: ETH Zurich. 2002. 134 p.
3. Full-scale dynamic analysis of an innovative rockfall fence under impact using the discrete element method: from the local scale to the structure scale / Bertrand D., Trad A., Limam A. et al. // Rock Mech Rock Eng. 2012, no. 45, pp. 885–900.
4. The enhancement of ductility on high-strength steel / Zackay V.F., Parker E.R., Fahr D., et al. // Transactions of Applied Structures Mechanics. 1967, no. 60, pp. 252-258.
5. Bleck W., Xiaofei Guo, Yan Ma. The TRIP effect and its application in cold formable sheet steels // Steel Research International. 2017, no. 88(10), 1700218.
6. Soleimani M., Kalhor A., Mirzadeh H. Transformation-induced plasticity (TRIP) in advanced steels: A review // Materials Science and Engineering: A. 2020, 795, 140023.
7. High strength Fe–Mn–(Al, Si) TRIP/TWIP steels development — properties — application / Grassel O., Krüger L., Frommeyer G., Meyer L. W. // International Journal of Plasticity. 2000, vol. 16, no. 10–11, pp. 1391-1409.
8. On the sources of work hardening in multiphase steels assisted by transformation-induced plasticity / Jacques P., Furnémont Q., Mertens A., Delannay F. // Philosophical Magazine A. 2001, vol. 81, no. 7, pp. 1789-1812.
9. Константинов Д.В., Огнева Е.М., Корчунов А.Г. Перспективы стали с ТРИП-эффектом в производстве пенометаллических изделий // Механическое оборудование металлургических заводов. 2025. № 2(25). С. 31-37.
10. The effect of strain-induced martensitic transformation on mechanical properties of TRIP steel / Dan W.J., Li S.H., Zhang W.G., Lin Z.Q. // Materials & Design. 2008, vol. 29, no. 3, pp. 604-612.
11. Полякова М.А., Извеков Ю.А. Описание пластической деформации многофазных сталей в процессе термодеформационной обработки с учетом изменения фазового состава // Теория и технология металлургического производства. 2025. №3(54). С. 21-25.
12. Heller W., Bleck W., Ohlert J.Development of high-strength wire rod with improved ductility by using the TRIP effect // Stahl und Eisen. 2004, vol. 124, no. 1, pp. 31–37.
13. Shen Y. Z., Kim J. M., Kim S. J. Mechanical properties and TRIP effect of a metastable austenitic steel wire // Materials Letters. 2012, no. 85, pp. 71–73.
14. Effect of cold drawing strain on the microstructure and mechanical properties of TRIP-aided steel wires / J. J. Zhu, Y. Z. Shen, J. M. Kim, S. J. Kim // Journal of Iron and Steel Research International. 2014, vol. 21, no. 8, pp. 783–788.
15. Fonstein N. Advanced high strength sheet steels: physical metallurgy, design, processing, and properties. Cham: Springer International Publishing, 2015. 395 p.
16. Мультимасштабное компьютерное моделирование производства и эксплуатации самоадаптирующегося крепежа из стали с трип-эффектом / А. Г. Корчунов, Д. В. Константинов, Е. М. Огнева [и др.] // Черные металлы. 2025. № 11. С. 27–33.
17. Корчунов А.Г., Константинов Д.В., Огнева Е.М. Моделирование структурообразования стали с трип-эффектом в процессе многократного волочения проволоки // Черные металлы. 2026. № 2. С. 62–67.
18. Константинов Д.В., Шекшеев М.А., Полякова М.А. Восстановление деталей машин лазерной наплавкой порошка TRIP-стали и компьютерное моделирование их обработки и эксплуатации // Механическое оборудование металлургических заводов. 2025. №1(25). С. 11-16.