Математическое моделирование процесса разрушения сплава АМг2.5 в режиме много- и гигацикловой усталости

Авторы

  • Дмитрий Альфредович Билалов Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Юрий Витальевич Баяндин Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Олег Борисович Наймарк Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.3.24

Ключевые слова:

численное моделирование, гигацикловая усталость, дуальность кривой Вёлера, циклическое нагружение, усталостное разрушение, предел выносливости

Аннотация

Прогнозирование предела выносливости в много- и гигацикловом диапазоне нагружения (102-1010) является актуальной проблемой в таких областях, как авиационное моторостроение, скоростной железнодорожный транспорт, и предполагает разработку моделей и их экспериментальную верификацию с учётом стадийности развития повреждённости и развития усталостных трещин в повреждённой среде. Предложена модель развития повреждённости, учитывающая кинетику дефектов и эффекты микропластичности, которая применена для исследования процесса усталостного разрушения конструкционного сплава АМг2.5. Параметры модели идентифицированы и верифицированы с использованием экспериментальных данных по статическому, динамическому и усталостному нагружению, а также испытаний при различных температурах. На основе численно полученных данных построена кривая Вёлера, которая хорошо согласуется с экспериментальной в области многоцикловой усталости. Описан эффект дуальности S-N диаграммы. Вычислительный эксперимент по исследованию влияния динамического нагружения на усталостную прочность показал слабую зависимость величины предела усталости от предварительного динамического деформирования, что подтверждается экспериментальными данными. Проведено сравнение различных математических пакетов и численных методов для решения построенной системы дифференциальных уравнений. Показано, что метод Адамса и его модификации оптимальны для численного интегрирования уравнений рассматриваемой задачи, а предпочтительным программным комплексом является Wolfram Mathematica. Исследован вопрос сходимости численного решения.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Coffin L.F. A study of the effect of cyclic thermal stresses on a ductile metal // Trans. ASME. 1954. No. 76. P. 931-950.

Bathias C. There is no infinite fatigue life in metallic materials // Fatig. Fract. Eng. Mater. Struct. 1999. Vol. 22. No. 22. P. 559-65. DOI

Murakami Y., Nomoto T., Ueda T. Factors influencing the mechanism of superlong fatigue failure in steels // Fatig. Fract. Eng. Mater. Struct. 1999. Vol. 22. No. 22. P. 581-90. DOI

Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. 288 с.

Ботвина Л.Р. Гигацикловая усталость – новая проблема физики и механики разрушения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. Т. 70, № 4. C. 41-51.

Mughrabi H. Specific features and mechanisms of fatigue in the ultrahigh-cycle regime // Int. J. Fatig. 2006. Vol. 28. No. 11. P.1501-1508. DOI

Pang H.T., Reed P.A.S. Microstructure effects on high temperature fatigue crack initiation and short crack growth in turbine nickel-base superalloy Udimet720Li // Mater. Sci. Eng. 2007. Vol. 448. No. 1-2. P. 67-69. DOI

Froustey C., Lataillade J.L. Influence of the microstructure of aluminium alloys on their residual impact properties after a fatigue loading program // Sci. Eng. 2009. Vol. 500. No. 1-2. P. 155-163. DOI

Palin-Luc T., Perez-Mora R., Bathias C., Dominguez G., ParisC., Arana J.L. Fatigue crack initiation and growth on a steel in the very high cycle regime with sea water corrosion // Eng. Fract. Mech. 2010. Vol. 77. No. 11. Р. 1953-1962. DOI

Оборин В.А., Банников М.В., Наймарк О.Б., Palin-Luc T. Масштабная инвариантность роста усталостной трещины при гигацикловом режиме нагружения // ПЖТФ. 2010. Т. 36, № 22. С. 76-82. (English version DOI)

Шанявский А.А. Моделирование усталостных разрушений металлов. Синергетика в авиации. Уфа: ООО «Монография», 2007. 500 c.

Huang Z., Wagner D., Wang Q.Y., Bathias C. Effect of carburizing treatment on the “fish eye” crack growth for a low alloyed chromium steel in very high cycle fatigue // Mater. Sci. Eng. 2013. Vol. 559. P. 790-797. DOI

Nguyen H.Q., Gallimard L., Bathias C. Numerical simulation of fish-eye fatigue crack growth in very high cycle fatigue // Eng. Frac. Mech. 2015. Vol. 135. P. 81-93. DOI

Наймарк О.Б., Плехов О.А., Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г., Нарыкова М.В. Кинетика накопления дефектов и дуальность кривой Вёллера при гигацикловой усталости металлов // ЖТФ. 2014. Т. 84, № 3. С. 89-93. (English version DOI)

Волков И.А., Коротких Ю.Г., Панов В.А., Шишулин Д.Н Моделирование процессов накопления усталостных повреждений в конструкционных сталях при блочном малоцикловом нагружении // Вычисл. мех. сплош. сред. 2014. Т. 7, № 1. С. 15-22. DOI

Волков И.А., Игумнов Л.А., Тарасов И.С. Оценка усталостной долговечности материалов и конструкций при малоцикловом нагружении // Вычисл. мех. сплош. сред. 2017. Т. 10, № 1. С. 17-30. DOI

Гучинский Р.В., Петинов С.В. Численное моделирование распространения полуэллиптической трещины усталости на основании оценки накопления повреждений // Вычисл. мех. сплош. сред. 2015. Т. 8, № 4. С. 376-385. DOI

Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В., Оборин В.А., Баяндин Ю.В., Терёхина А.И., Наймарк О.Б. Исследование локализации пластического сдвига в алюминиевых сплавах при динамическом нагружении // Вычисл. мех. сплош. сред. 2015. Т. 8, № 3. С. 319-328. DOI

Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В., Оборин В.А., Баяндин Ю.В., Терёхина А.И., Наймарк О.Б. Численное моделирование и экспериментальное исследование локализации пластической деформации при динамическом нагружении образцов в условиях близких к чистому сдвигу // Вычисл. мех. сплош. сред. 2017. Т. 10, № 1. С.103‑ DOI

Аннин Б.Д., Коробейников С.Н. Допустимые формы упругих законов деформирования в определяющих соотношениях упруго-пластичности // Сиб. журн. индустр. матем. 1998. Т. 1, № 1. С. 21-34.

Новокшанов Р.С., Роговой А.А. О построении эволюционных определяющих уравнений // Вестник ПНИПУ. Механика. 2001. № 9. С. 103-109.

Годунов С.К., Демчук А.Ф., Козин Н.С., Мали В.И. Интерполяционные формулы зависимости максвелловской вязкости некоторых металлов от интенсивности касательных напряжений и температур // ПМТФ. 1974. № 4. С.114-118.

Банкина О.С., Дзюба А.С., Хватан А.М. Метод построения диаграмм деформирования σ-ε по справочным механическим характеристикам материала // Труды ЦАГИ. 2000. № 2639. С. 36-38.

Машиностроение. Энциклопедия / под ред. К.В. Фролова. М.: Машиностроение, 2001. Т. II-3: Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. 880 с.

Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 c.

Загрузки

Опубликован

2018-10-23

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Билалов, Д. А., Баяндин, Ю. В., & Наймарк, О. Б. (2018). Математическое моделирование процесса разрушения сплава АМг2.5 в режиме много- и гигацикловой усталости. Вычислительная механика сплошных сред, 11(3), 323-334. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.3.24