Академик Г.А. Николаев. Среди людей живущий

Предисловие

Выдающийся ученый Г.А. Николаев является одним из основоположников сварочной науки и техники в СССР и создателем многих научных направлений в области сварки. Он обогатил мировую науку фундаментальными теоретическими и экспериментальными исследованиями.

Георгий Александрович Николаев получил высшее техническое образование, окончив в 1925 году Институт инженеров транспорта, и высшее математическое образование, окончив в 1928 году механико-математический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Сочетание технических и математических знаний позволило ему решать сложные инженерные проблемы на основе как экспериментальных, так и теоретических подходов.

Исключительно велика роль Г.А. Николаева в становлении и развитии сварки в СССР. В его исследованиях можно выделить следующие направления.

Возможность и целесообразность широкого применения сварки в различных конструкциях — первое направление, начало которого относится к 1929 году. К этому времени Г.А. Николаев был сложившимся молодым ученым, выполнившим в период с 1925 по 1929 год крупное исследование колебаний балочных мостов, результаты которого были опубликованы в ряде трудов, изданных в эти же годы.

Николаевым были установлены характеристики вибрационной прочности сварных конструкций, впервые в СССР разработаны и опубликованы в 1930 году технические условия на проектирование сварных соединений, созданы проекты сварных мостов пролетом 12, 20, 24 и 45 м, построенных затем на железных дорогах. Последний был установлен в 1935 году и в тот период являлся наибольшим по пролету сварным мостом в мире.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований динамической прочности, проведенных Г.А. Николаевым в большом объеме как в лабораторных условиях, так и на реальных объектах, позволили определить работоспособность наиболее важных сварных узлов и конструкций. На основе этих работ и при непосредственном участии Г.А. Николаева был осуществлен перевод изготовления конструкций крупных промышленных сооружений, котлов и вагонов с клепки на сварку. Это свершение имело громадное народно-хозяйственное значение: позволило резко увеличить производительность труда и сэкономить большое количество металла. Достаточно сказать, что только перевод склепки на сварку при изготовлении железнодорожных вагонов позволил сэкономить металла более 100 тыс. т в год.

Результаты исследований прочности сварных конструкций были опубликованы Г.А. Николаевым в ряде сборников и в монографиях «Исследования сварных конструкций» (1932) и «Сварка в мостостроении» (1934). В 1937—1938 годах были опубликованы конструктивные материалы по проектированию и расчету сварных, строительных и машиностроительных конструкций. В тот же период под редакцией Г.А. Николаева выпущен труд объемом 100 печатных листов «Сварочное дело в СССР» (1937), подводивший итог развитию сварки в течение первых двух пятилеток. В эти же годы написаны монографии по расчету и проектированию сварных конструкций «Элементы сварных конструкций» (1933) и «Сварные конструкции» (1937, совместно с д-ром техн. наук А.С. Гельманом), которые заложили основу создания учебных пособий по курсу «Сварные конструкции». Работу в области совершенствования учебных пособий по расчету и проектированию сварных конструкций Г.А. Николаев продолжал в течение всех последующих лет. Были выпущены учебные пособия в 1951, 1953, 1954 и 1962 годах, а в 1965 году разработан учебник для вузов «Расчет сварных соединений и прочность сварных конструкций». На этой основе в последующем были изданы учебные пособия «Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций» (1971, совместно с д-ром техн. наук С.А. Куркиным и д-ром техн. наук В.А. Винокуровым), «Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций» (1982, совместно с С.А. Куркиным и В.А. Винокуровым), учебник «Сварные конструкции. Расчет и проектирование» (1990, совместно с В.А. Винокуровым).

Указанное направление в течение ряда лет продолжает оставаться одним из основных в научных исследованиях кафедры. По этому направлению выполнены фундаментальные исследования, защищены докторские диссертации сотрудниками кафедры, опубликованы монографии и учебники.

Исследования в области напряжений и деформаций при сварке — второе направление работ Г.А. Николаева с 1935 года. Характерной особенностью этих работ являлось целенаправленное получение новых данных о распределении остаточных сварочных напряжений и деформаций в зависимости от способов и режимов сварки, типов сварных соединений и конструкций и др. Весомым достижением Г. А. Николаева является разработка графоаналитического метода определения напряжений и деформаций как на стадии нагрева в процессе сварки (временных), так и на стадии полного остывания сварного соединения (остаточных). Основные положения расчета напряжений и деформаций, выполняемого графоаналитическим методом, при наплавке валика на кромку полосы и при стыковой сварке пластин были разработаны в трудах Г.А. Николаева. Графоаналитический метод отличается четкостью и простотой исполнения, что ставит его в ряд крупных инженерных достижений. Несложные графические построения с использованием простых аналитических зависимостей позволяют вычислить распределение временных продольных напряжений и деформаций в сечении свариваемой пластины на стадии нагрева, а последующие построения — найти распределение остаточных продольных напряжений в сечении сварной пластины после ее полного остывания. С помощью графоаналитического метода впервые наглядно продемонстрирован сложный механизм развития упругих и пластических деформаций, напряжений в процессе сварки с учетом изменяющихся свойств материала во всем диапазоне температур сварочного нагрева и охлаждения.

Впервые был предложен расчетный метод определения остаточных деформаций и перемещений сварных соединений и конструкций, так называемый метод фиктивных сил, широко используемый в инженерной практике изготовления сварных изделий.

Результаты исследований напряжений и деформаций при сварке обобщены Г.А. Николаевым в его докторской диссертации (1939) и опубликованы в монографии «Деформации конструкций при сварке» (1943, совместно с акад. Н.Н. Рыкалиным), а также в ряде статей.

Результаты исследований закономерностей возникновения напряжений в процессе сварки, начатых в середине 1940-х годов совместно с д-ром техн. наук Н.Н. Прохоровым, опубликованы в статьях (1947—1949) и монографии «Напряжения при сварке» (1949).

Эти исследования в дальнейшем заложили основу нового направления, получившего название «Технологическая прочность металлов при сварке».

Впервые Г.А. Николаев рассмотрел возможности регулирования остаточных напряжений при сварке путем выбора состава стали и влияния времени на поля остаточных напряжений в сварных конструкциях.

В дальнейшем ученики и последователи Г.А. Николаева на руководимой им кафедре провели фундаментальные работы в области сварочных деформаций и напряжений, широко внедрили их в практику, защитили докторские диссертации и опубликовали монографии. По существу, была создана мощная научная школа сварочных деформаций и напряжений, не имевшая аналогов в мире.

Третье направление исследований Г.А. Николаева включает вопросы рационального проектирования и технологии изготовления сварных конструкций. В первых трудах Г.А. Николаева в 1930-х годах уже были поставлены проблемные вопросы создания рациональных форм сварных соединений и конструкций на основе теоретических и экспериментальных исследований. Изучалось влияние способов сварки, характера закреплений, сварочных режимов, присадочного материала, порядка выполнения швов на точность изготовления сварных соединений и узлов. Большое внимание уделялось оптимальному конструированию узлов сварных конструкций, обеспечивающему высокое качество изделий.

В период Великой Отечественной войны большая работа была проведена Г.А. Николаевым по рациональному применению сварки при изготовлении артиллерийских систем стрелкового вооружения, что нашло отражение в его монографии «Применение сварки в артиллерийских системах и стрелковом оружии» (1944). Опыт проектирования сварных узлов различных видов изложен в ряде статей в сборниках научных трудов и журналах. Обобщением работ этого направления явилось учебное пособие «Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций» (1970, совместно с С.А. Куркиным и В.А. Винокуровым). В этой книге изложены основные вопросы по расчету сварных соединений и технологии производства конструкций со многими примерами конструктивных решений.

Разработка новых перспективных методов сварки, основанных на использовании новых физических процессов и явлений, — это четвертое направление исследований, выполненных под руководством Г.А. Николаева. Это электронно-лучевая сварка в вакууме (совместно с д-ром техн. наук Н.А. Ольшанским), ультразвуковая сварка пластмасс (совместно с канд. техн. наук С.С. Волковым), дуговая сварка и пайка в вакууме (совместно с д-ром техн. наук В.Я. Ямпольским и д-ром техн. наук В.М. Неровным), соединение и разделение живых биологических тканей с помощью энергии ультразвука (совместно с д-ром техн. наук В.И. Лощиловым и д-ром техн. наук В.Г. Веденковым), лазерная обработка (совместно с А.Г. Григорьянцем). На основе этих работ фактически созданы новые перспективные научные направления с широким использованием на практике полученных результатов. Эти направления заслуживают более детального и глубокого рассмотрения. Здесь следует отметить главное — эти работы проводились по инициативе, при активной поддержке и под руководством Г.А. Николаева. Глубокие знания Г.А. Николаева в области прочности, в самом широком смысле этого слова, позволили за сравнительно короткий срок освоить вопросы точности изготовления, прочности, работоспособности сварных соединений металлов, пластмасс и биологических тканей. В 1976 году было зарегистрировано научное открытие «Остаточные напряжения в костях» (авторы Г.А. Николаев, В.И. Лощилов). На кафедре был проведен комплекс уникальных исследований по изучению прочности соединений различных видов, в том числе сварных, кровеносных сосудов и разработаны новые типы биологических протезов клапанов сердца (В.М. Сагалевич). Эта работа также зарегистрирована в качестве научного открытия.

Работы в области дефектоскопии сварных соединений — пятое направление исследований, выполненных под руководством Г.А. Николаева. На ранних этапах развития кафедры в послевоенные годы были заложены основы радиографического и магнитного методов контроля (канд. техн. наук С.Т. Назаров). В последующие годы были разработаны вероятностные подходы к оценке достоверности контроля и уровня дефектности (д-р техн. наук В.Н. Волченко). Существенное развитие получили исследования в области дефектоскопии, выполненные д-ром техн. наук Н.П. Алешиным и под его руководством. В первую очередь это разработка ультразвукового метода контроля (канд. техн. наук А.К. Вощанов), акустико-эмиссионного контроля и диагностики сварных конструкций (канд. техн. наук В.В. Шип).