Масштабно-инвариантные закономерности развития поврежденности в сплаве АМг6 при комбинированном динамическом и гигацикловом нагружении

Авторы

  • В.А. Оборин Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • М.А. Соковиков Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • О.Б. Наймарк Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/2658-705X/2019.4.4

Ключевые слова:

разрушение, гигацикловая усталость, скейлинг, морфология поверхности, уравнение Пэриса, кинетика роста трещины

Аннотация

Проведено исследование кинетики роста усталостных трещин в сплаве алюминия АМг6 в режиме гигацикловой усталости при предварительном динамическом деформировании. Актуальность постановки определяется важными приложениями: оценкой ресурса материалов и элементов конструкций авиационных газотурбинных двигателей в условиях полетного цикла при случайных динамических воздействиях. Предварительное нагружение образцов осуществлялось динамическим растяжением на разрезном стержне Гопкинсона-Кольского при скоростях деформации до ~103c-1, последующем гигацикловом нагружении на ультразвуковой испытательной машине Shimadzu USF-2000 и количественном анализе фрактографии изломов на основе данных профилометрии и сканирующей электронной микроскопии. В работе предложено оригинальное кинетическое уравнение, устанавливающее связь между скоростью роста усталостной трещины, изменением коэффициента интенсивности напряжений и масштабными инвариантами, характеризующими коррелированное поведение дефектов различных структурных уровней. Показана связь параметров кинетического уравнения (показателем степени в обобщенном законе Пэриса) с масштабными инвариантами дефектных структур, формирующих рельеф поверхности разрушения в процессе гигациклового нагружения.

Поддерживающие организации
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края в рамках научных проектов № 16-48-590534 «Разработка методов оценки надежности материалов авиационного назначения при комбинированном динамическом и последующем гигацикловом нагружении» и № 19-48-590009 «Разработка методических подходов по оценке коррозионного ресурса материалов авиационного назначения при комбинированном (динамическом, ударно-волновом) и последующем гигацикловом нагружении».

Биография автора

  • В.А. Оборин, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    ведущий инженер лаборатории Физических основ прочности, Институт механики сплошных сред УрО РАН - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН (ИМСС УрО РАН)

Библиографические ссылки

  1. Cowles B.A. High cycle fatigue in aircraft gas turbines - an industry perspective // International Journal of Fracture - 1996. - Vol. 80 - P. 147-163.
  2. Шанявский А.А. Моделирование усталостных разрушений металлов. Синергетика в авиации // - Уфа: ООО «Монография». - 2007. - 500 c.
  3. Nicholas T. High Cycle Fatigue. A Mechanics of Material Perspective // Elsevier. - 2006. - 641 p.
  4. Peters J. O., Ritchie R. O. Influence of foreign object damage on crack initiation and early crack growth during high-cycle fatigue of Ti-6Al-4V // Eng. Fract. Mech. - 2000. - Vol. 67. - P. 193-207.
  5. Spanrad S., Tong J. Characterisation of foreign object damage (FOD) and early fatigue crack growth in laser shock peened Ti-6Al-4V aerofoil specimens // Materials Science and Engineering A - 2011. - Vol. 528 - P. 2128-2136.
  6. Oakley S.Y., Nowell D. Prediction of the combined high- and low-cycle fatigue performance of gas turbine blades after foreign object damage // International Journal of Fatigue 29 - 2007. - P. 69-80.
  7. Chen Xi Foreign object damage on the leading edge of a thin blade // Mechanics of Materials - 2005 - Vol. 37 - P. 447-457.
  8. Nowell D., Duo P., Stewart I.F. Prediction of fatigue performance in gas turbine blades after foreign object damage // International Journal of Fatigue - 2003 - Vol. 25 - P. 963-969.
  9. Franklin J. Foreign Object Damage in the UK RAF // National Aerospace FOD Prevention Inc. (NAFPI), 1- st Int. conference, London - 2003.
  10. Федер Е., Данилов Ю. А., Шукуров А. Фракталы. - М.: Мир, 1991. 254 с.
  11. Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature // N.Y.: Freeman 1983. - 480 p.
  12. BouchaudE. Scaling properties of cracks // J. Phys. Condens. Matter. - 1997. - Vol. 9. -P. 4319- 4344.
  13. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Том 1. - М.: Машиностроение, 1996. - 992 с.
  14. Barenblatt G.I. Scaling phenomena in fatigue and fracture // Int. J. of Fracture. - 2006. - Vol. 138. - P. 19-35.
  15. Баренблатт Г.И., Ботвина Л.Р. Автомодельность усталостного разрушения. Накопление поврежденности. - Изв. АН СССР, Механика тверд. тела. - 1983. - № 4. - С. 161- 165.
  16. Hertzberg R. W. On the calculation of closure-free fatigue crack propagation data in monolithic metal alloys // Materials Science and Engineering A. - 1995. - Vol. 190. - P. 25-32.
  17. Билалов Д.А., Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б. Математическое моделирование процесса разрушения сплава АМг2.5 в режиме много- и гигацикловой усталости // Вычислительная механика сплошных сред. - 2018. - Т. 11. № 3. - С. 323-334.
  18. Оборин В.А., Банников М.В., Наймарк О.Б., Palin-Luc T. Масштабная инвариантность роста усталостной трещины при гигацикловом режиме нагружения // Письма в журнал технической физики. - 2010. - Т. 36. -Вып. 22. - C. 76-82.

Загрузки

Опубликован

2019-12-23

Выпуск

№ 4 (2019)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Оборин, В., Соковиков, М., & Наймарк, О. (2019). Масштабно-инвариантные закономерности развития поврежденности в сплаве АМг6 при комбинированном динамическом и гигацикловом нагружении. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 4, 41-49. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2019.4.4