Академик Юрий Николаевич Работнов

Академик Юрий Николаевич Работнов (1914 – 1985) – выдающийся ученый-механик, внесший принципиальный вклад в развитие теории упругости и пластичности, теории оболочек и устойчивости упруго-вязкопластических систем, теории ползучести металлов и наследственной теории упругости, которые нашли применение при расчете и проектировании конструкций. Он активно работал в новых направлениях механики разрушения, механики поврежденности и механики композиционных материалов. Трудно найти область механики деформируемого твердого тела, где. Ю.Н. Работнову не удалось бы оставить заметного следа. Его всегда отличали поразительное ощущение нового, умение блестяще сформулировать задачу и эффектно изложить полученные результаты. Высокая общая и математическая культура, широкая эрудиция, разумное сочетание тонкой теории тщательной экспериментальной проверки привели к тому, что еще при жизни Ю.Н. Работнов по праву занял место в плеяде классиков механики, таких как С.П. Тимошенко, Н.И. Мусхелишвили, А.Н. Крылов, В.В. Новожилов и др. Подтверждением тому является нестареющий интерес к его идеям, результатам. А книги? Несмотря на неоднократное переиздание, их не встретишь на полках магазинов, зато они на столе почти у каждого ученого-механика и прочниста.

Ю.Н. Работнов родился 24 февраля 1914 года в Нижнем Новгороде в семье учителя гимназии, члена Петербургского астрономического общества. Он получил хорошее образование, с детства как родной знал французский язык, прекрасно владел английским, немецким, в дальнейшем самостоятельно изучил еще ряд языков. В 1935 г. окончил механико-математический факультет Московского университета. Начало научной и педагогической деятельности Ю.Н. Работнова проходило во Всесоюзном электротехническом и в Московском энергетическом институтах, а вся дальнейшая работа начиная с 1943 г. неразрывно связана с Московским университетом. В 1946 г. защитил докторскую диссертацию, стал профессором МГУ и одновременно возглавил лабораторию прочности в Институте механики АН СССР. В ответственный период жизни университета - во время перевода в новое здание на Ленинских горах - он возглавляет (с 1952 по 1954 г.) механико-математический факультет. В 1953 г. Ю.Н. Работнов создает и возглавляет (до последних дней жизни) кафедру теории пластичности на механико-математическом факультете МГУ. В том же году он избирается членом-корреспондентом, а в 1958 г. действительным членом АН СССР. С 1958 по 1965 гг. научная и оганизационная деятельность Ю.Н. Работнова сосредоточена в Новосибирском Академгородке, где он является заместителем М.А. Лаврентьева на посту директора Института гидродинамики СО АН СССР, возглавляет в нем лабораторию и кафедру теории упругости и пластичности в Новосибирском государственном университете.

В 1965 г. Ю.Н. Работнов возвращается в Москву, продолжает руководить кафедрой теории пластичности в МГУ и возглавляет лабо-раторию прочности машиностроительных материалов в Институте машиноведения АН СССР (ИМАШ), которая в 1975 г. была пере-именована лабораторию механики разрушения (одна из первых в стране с таким современным названием). Ю.Н. Работнов возглавил также специализированный диссертационный совет в ИМАШ, Научный совет ГКНТ «Конструкционная прочность и разрушение», работал в Комитете по Ленинским и Государственным премиям, а также на посту заместителя председателя общества «Знание» РСФСР. Высочайший авторитет среди ученых механиков выразился в многолетнем исполнении Ю.Н. Работновым обязанностей академика-секретаря Отделения механики и процессов управления АН СССР. Научно-педагогическая и общественная деятельность Ю.Н. Работнова отмечена орденами Октябрьской революции, Друж-бы народов, Трудового Красного Знамени, “Знак Почета“ и медалями. Мировое признание было не меньшим. Совместно с Т. Якобори Ю.Н. Работнов создает Международный конгресс по разрушению (International Congress on Fracture – ICF), избирается его вице-президентом и одним из директоров, а в последствии – почетным Президентом конгресса.

Многие оригинальные идеи и результаты Ю.Н. Работнова послужили основой для новых научных направлений, развиваемых его учениками и последователями. Ранние результаты Ю.Н. Работнова относятся к технической теории оболочек, к исследованию в них краевого эффекта и явлений локальной неустойчивости. Развитые им методы тензорного анализа применительно к безмоментным оболочкам позволили ввести специальную систему координат для эффективного расчета таких оболочек.

Теоретические и экспериментальные исследования Ю.Н. Работнова внесли существенный вклад в теорию упругопластических сред. Тщательно поставленные эксперименты и точные теоретические решения доказали непротиворечивость упругопластических моделей с коническими особенностями на поверхности нагружения, позволили определить границы применимости деформационной теории пластичности. Созданные под его руководством испытательные установки позволили проводить динамические испытания при скоростях, меняющихся на 6-10 порядков. Теория Ю.Н. Работнова, основанная на понятии мгновенной кривой деформирования, позволила объяснить явление запаздывания текучести в сталях и сплавах, решить ряд фундаментальных задач динамики упругопластических сред. К новому взгляду на вопросы устойчивости упругопластических систем привели исследования Ю.Н. Работнова по потере уcтойчивости стержней за пределом упругости, уточнить истинный смысл концепции продолжающегося Шенли.

Основной вклад Ю.Н. Работнов внес в теорию ползучести металлов и сплавов. По мере роста эксплутационной температуры и нагрузки время безопасной эксплуатации элементов конструкций энергетического и другого оборудования стало определять с происходящими в них процессами ползучести и накопления поврежденности. В 1948 г. доклад Ю.Н. Работнова на сессии отделения технических наук АН СССР во многом определил дальнейшее развитие феноменологической теории ползучести. Принципиальное значение для будущего развития теории ползучести и длительной прочности имело введение им в 1959г. в определяющие уравнение теории ползучести структурного параметра (параметра поврежденности), для которого были предположены соответствующие кинетические уравнения. Как отмечают член-корреспондент РАН Н.Ф. Морозов и профессор А.А. Вакуленко – «Наряду с Л.М. Качановым Юрий Ни-колаевич положил начало Damage Mechanics – отрасли механики сплошных сред, без которой немыслим сейчас прогресс науки о прочности и разрушении твердых тел. И хотя первая работа Юрия Николаевича в этом вышла немного позже первой работы Л.М. Кочанова (1958), постановка проблемы в ней была более глубокой и отражала возможность существенного во многих случаях взаимовлияния реологии материала тела и его микро поврежденности».

Одновременно Ю.Н. Работнов с сотрудниками начал развивать теорию кратковременной ползучести металлов при высоких температурах с учетом мгновенного нелинейного деформирования. Создание основ теории нелинейной ползучести сопровождается разработкой методов решения задач и интенсивными экспериментальными исследованиями. К классическим результатам можно отнести также вопросы теории устойчивости элементов конструкций при нелинейной ползучести, где в качестве критерия устойчивости выступает условие достижения величиной скорости деформации или поврежденности неограниченного значения. Важное место занимает распространение Ю.Н. Работновым вариационных методов на решение задач о ползучести элементов конструкций.

Первые работы в области наследственной теории упругости показывают гениальную научную интуицию Ю.Н. Работнова. Развитие теории Вольтерра казалось в конце 40-х годов красивыми, но далекими от практики математическими упражнениями. Однако предложенные Ю.Н. Работновым интегральные операторы на основе дробно-экспоненциального ядра (так называемые Э-функции), разработка алгебры таких операторов позволили хорошо описать как непосредственные экспериментальные результаты по ползучести полимерных и композиционных материалов, так и предложить эффективные методы и алгоритмы решения краевых задач.

Ю.Н. Работнов одним из первых обратил внимание на плодотворность феноменологических подходов к анализу разрушения конструкций в сложных режимах нагружения – высокие температуры, длительные статические и циклические нагрузки в условиях неоднородного поля напряжений и под воздействием коррозионно-активных сред. На этом пути им построена одна из первых теоретических моделей коррозионного растрескивания под напряжением и длительного разрушения материала в коррозионной среде. Строгая теоретическая модель, описывающая ряд явлений длительного разрушения при ползучести, была развита Ю.Н. Работновым для оценки опасности разрушения в зонах концентрации напряжений (в том числе и у вершины трещины). Развитый Ю.Н. Работновым принцип наследственности нашел успешное применение в задачах длительного разрушения в условиях переменных температур, влажности, вибрационного нагружения.

Широчайший научный кругозор и научное предвидение позволило Ю.Н. Работнову точно оценить перспективность тех или иных научных направлений. Еще в 1972 г. на ХIII Международном конгрессе по теоретической и прикладной механике он указал наиболее перспективные направления в механике твердого деформируемого тела. Это проблема разрушения крупногабаритных конструкций из металлов, механика докритического развития трещин, получившие особое актуальность в связи с развитием атомной энергетики и освоением районов Крайнего Севера, а также механика композиционных материалов. Именно эти проблемы были признаны Президиумом АН СССР в конце 70-х годов основными в области теории прочности и механики разрушения, и именно этими проблемами занимается Ю.Н. Работнов с сотрудниками в последние годы. Удивительное умение Ю.Н. Работнова увидеть новое в области механики композиционных материалов и поставить красивые математические задачи, отражающие механический смысл исследуемого явления, позволило получить важные результаты, существенно влияющие на развитие механики композитов. Так, под руководством Ю.Н. Работнова выполнены фундаментальные исследования по статистической природе прочности углеродных волокон в композите, исследованы задачи об эффективных свойствах композитов, критерии предельного состояния для разориентированных композитов, о накоплении в них поврежденности в виде разрывов волокон, о развитии в них дефектов типа расслоений и расщеплений.

Научные исследования Ю.Н. Работнова нашли свое наиболее полное воплощение в монографиях, ставших классическими и пере-веденных на ряд иностранных языков. Монография «Ползучесть элементов конструкций» 1966 г. издания [1], ставшая библиографи-ческой редкостью, во многом определила направление научных исследований в области феноменологической теории ползучести и длительной прочности, как в нашей стране, так и за рубежом. Изданная в 1997 г. монография «Элементы наследственной механики твердых тел» [2], содержит развитие теории наследственной механики Больцмана-Вольтерра, доведенное до возможностей ее практического применения в задачах о длительном или скоростном деформировании металлов, полимеров и композитов и дополняет изданные ранее "Таблицы дробно-экспоненциальной функции отрицательных параметров и интеграла для нее" [3], которые являются справочником при расчетах изделий на ползучесть. Монография "Кратковременная ползучесть" [4] включила в себя результаты теоретических и экспериментальных исследований по кратковременной ползучести и длительной прочности, выполненные после 1966 г. В 1991 г. Институт машиноведения РАН издал избранные трубы Ю.Н. Работнова "Проблемы механики деформируемого твердого тела" [5], в которые были включены только индивидуальные работы автора, и которые, как правило, являлись в дальнейшем основой для новых научных направлений.

Учебники для студентов университетов "Сопротивление материалов" [6] и "Механика деформируемого твердого тела" [7] харак-теризуют Ю.Н. Работнова как прекрасного лектора и педагога, умеющего чрезвычайно простым и доступным языком изложить са-мые сложные физические явления, дать им строгую, но вполне по-нятную математическую интерпретацию. Сущность педагогического подхода Ю.Н. Работнова отражена во введении к учебнику [7], где он отмечает, что "Механика сплошной среды - это феноменологическая теория, стремящаяся найти адекватное математическое описание совокупности опытных фактов, устанавливаемых макроэкспериментом. Для механика недостаточно написать определяющие уравнения, нужно уметь их решать при данных граничных условиях и решать возможно точно. Поэтому та картина, которую строит механик, может иногда показаться чрезмерно упрощенной. Но механик вынужден блуждать между Сциллой и Харибдой; с одной стороны, его уравнения должны достаточно точно отражать действительность, с другой - быть доступными к интегрированию". Фундаментальный труд "Механика деформируемого твердого тела" представляет собой объединение теории упругости, пластичности, ползучести, механики разрушения и механики композиционных материалов, которые рассматриваются с единых позиций механики сплошной среды. Глубина и полнота изложения проблем, в каждую из которых Ю.Н. Работнов внес свои оригинальные идеи, ставят данное издание в ряд выдающихся произведений российских ученых, а компактность и широта охвата материала делают этот труд энциклопедическим. Данная книга, как и другие книги Ю.Н. Работнова стали настольными для огромной массы студентов, аспирантов, ученых-механиков и инженеров-расчетчиков.

Осуществляя постоянную активную связь науки с промышленностью, Ю.Н. Работнов в то же время одной из основных задач Академии наук считал научные публикации и этой работе он уделял большое внимание, являясь редактором многих переводных издании, членом редколлегии журналов "Вестник Московского университета", "Прикладная математика и механика", "Известия АН СССР. МТТ", "Машиноведение", "Механика композитных материалов", реферативного журнала "Механика", главным редактором журналов "Известия АН СССР. ОТН", "Прикладная механика и техническая физика",

Работа Ю.Н. Работнова в системе высшей школы и Академии наук позволяла ему привлекать к научным исследованиям своих университетских учеников, молодых студентов и аспирантов Мос-ковского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Новосибирского государственного университета, что обеспечивало высокий теоретический уровень научных работ и Давало молодым ученым конкретную практическую направленность в их исследованиях. 3а долгие годы работы под его руководством и при его участии многие ученые защитили кандидатские и докторские диссертации, получили поддержку в своей научной и педагогической карьере, заняли видное место в области механики деформируемого твердого тела и с гордостью причисляют себя к научной школе Ю.Н. Работнова. К ним относятся ведущие доктора наук С.А. Шестериков, А.М. Локощенко, В.Д. Клющников, Н.И. Малинин, Е.В. Ломакин, Л.П. Исупов, А.Н. Полилов, А.В. Березин, Ю.В. Суворова, Ю.В. Немировский, Б.Д. Аннин, О.В. Соснин, И.Ю. Цвелодуб, И.Ф. Образцов, А.А. Мовчан, Ю.М. Тарнопольский, В.П. Тамуж, С.Т. Милейко, Г.И. Брызгалин, Д.Д. Ивлев, Г.И. Быковцев, В.И. Астафьев и многие другие. Ученики Ю.Н. Работнова продолжают работать в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова, Институте механики МГУ, Институте машиноведения РАН, Московском авиационном институте (техническом университете), Новосибирском государственном университете, Институте гидродинамики СО РАН, других учебных и научных организациях в России и за рубежом.