1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 4, 2023

Известия РАН. Механика твердого тела, 2023, № 4, стр. 64-82

РАСЧЕТ РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ ПРИ ВЗАИМНОМ ВЛИЯНИИ УСТАЛОСТИ И ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА

И. А. Волков a, *, Л. А. Игумнов a, **, А. И. Волков a, ***, А. И. Юдинцева a, ****

a НИИ механики Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Н. Новгород, Россия

* E-mail: pmptmvgavt@yandex.ru
** E-mail: igumnov@mech.unn.ru
*** E-mail: Volkovandr89@gmail.com
**** E-mail: anna.iudintseva@gmail.com

Поступила в редакцию 09.11.2022
После доработки 20.11.2022
Принята к публикации 24.11.2022

Аннотация

Рассматриваются процессы деградации начальных прочностных свойств поликристаллических конструкционных сплавов при механизмах, сочетающих малоцикловую усталость и длительную прочность материала. С позиций механики поврежденной среды (МПС), механики разрушения (МР) развита математическая модель, описывающая процессы циклического вязкопластического деформирования и накопления повреждений в конструкционных сплавах при многоосных непропорциональных режимах комбинированного термомеханического нагружения. Модель состоит из трех взаимосвязанных составных частей: соотношений, определяющих циклическое вязкопластическое поведение материала с учетом зависимости от процесса разрушения; эволюционных уравнений описывающих кинетику накопления повреждений; критерия прочности поврежденного материала. Модель вязкопластичности основана на представлении о существовании в пространстве напряжений поверхностей пластичности и ползучести и принципе градиентальности векторов скоростей пластических деформаций и деформаций ползучести к соответствующей поверхности в точке нагружения. Данный вариант уравнений состояния отражает основные эффекты циклического вязкопластического деформирования материала для произвольных сложных траекторий нагружения. Вариант кинетических уравнений накопления повреждений основан на введении скалярного параметра поврежденности, базируется на энергетических принципах и учитывает основные эффекты образования, роста и слияния микродефектов при произвольных сложных режимах комбинированного термомеханического нагружения. Предложена совместная форма эволюционного уравнения накопления повреждений в областях малоцикловой усталости и длительной прочности материала. В качестве критерия прочности поврежденного материала используется условие достижения величиной поврежденности критического значения. Получены материальные параметры и скалярные функции, входящие в определяющие соотношения математической модели МПС. Приводятся результаты численного моделирования процессов деформирования и накопления повреждений в конструкционных сплавах при взаимном влиянии малоцикловой усталости и длительной прочности материала. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных показали, что предложенная модель МПС качественно и с необходимой для практических расчетов точностью количественно описывает долговечность материалов при взаимном влиянии малоцикловой усталости и длительной прочности материала.

Ключевые слова: малоцикловая усталость, длительная прочность, моделирование, механика поврежденной среды, напряженно-деформированное состояние, поврежденность, ресурс, материальные параметры, численный и натурный эксперимент

Список литературы

  1. Болотин В.В. Прогнозирование машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. 312 с.

  2. Митенков A.М., Кайдалов В.Б., Коротких Ю.Г. и др. Методы обоснования ресурса ЯЭУ. М.: Машиностроение, 2007. 445 с.

  3. Вудфорд Д.А. Повреждение при ползучести и концепция остаточной долговечности // Теор. основы инж. расч. 1979. Т. 101. № 4. С. 1–8.

  4. Маджумар, Мейя. Механическая усталость, зависящая от времени // Теор. основы инж. расч. 1980. Т. 102. № 1. С. 111–121.

  5. Гомюк, Бью Куок. Расчет долговечности коррозионностойкой стали 304 в условиях взаимодействия усталости и ползучести с использованием теории непрерывного повреждения // Теор. основы инж. расч. 1986. № 3. С. 111–136.

  6. Замрик С., Дэвис Д. Применение метода исчерпания пластичности для усталости при одноосном нагружении – оценка повреждения при ползучести для нержавеющей стали 316 // Современное машиностроение. Сер. Б. 1991. № 8. С. 16–24.

  7. Замрик С. Расчет повреждений, обусловленных взаимным влиянием ползучести и усталости нержавеющей стали 316 при осевом нагружении // Современное машиностроение. Сер. Е. 1990. № 7.

  8. Tianyu Zhang, Xiaowei Wang, Wei Zhang, Tasnim Hassan, Jianming Gong. Fatigue–Creep Interaction of P92 Steel and Modified Constitutive Modelling for Simulation of the Responses // Metals. 2020. V. 10. № 3. P. 307–318. https://doi.org/10.3390/met10030307

  9. Дульнев Р.А., Котов П.И. Термическая усталость металлов. М.: Машиностроение, 1980. 200 с.

  10. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. М.: Машиностроение, 1983. 269 с.

  11. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Демьянушко И.В. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 455 с.

  12. Lechie F.A., Hayhurst D.R., Grant. Creep rupture of structure // J. Proc. Roy. Soc. London. 1974. V. 42. P. 323–347

  13. Бойл Дж., Спенс Дж. Анализ напряжений в конструкциях при ползучести. М.: Мир, 1984. 360 с.

  14. Казанцев А.Г. Исследование взаимодействия малоцикловой усталости и ползучести при неизотермическом нагружении // Проблемы прочности. 1985. № 5. С. 25–31.

  15. Бернард-Конноли, Бью Куок, Бирон. Усталость коррозионностойкой стали 304 при испытаниях в условиях многоступенчатой контролируемой деформации // Теор. основы инж. расч. 1983. № 3. С. 47–53.

  16. Volkov I.A., Egunov V.V., Igumnov L.A., Kazakov D.A., Korotkikh Yu.G., Mitenkov F.M. Assessment of the service life of structural steels by using degradation models with allowance for fatigue and creep of the material // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2015. V. 56. №. 6. P. 995–1006.

  17. Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. М.: Физматлит, 2008. 424 с.

  18. Волков И.А., Игумнов Л.А. Введение в континуальную механику поврежденной среды. М.: Физматлит, 2017. 304 с.

  19. Volkov I.A., Korotkikh Y.G. Modeling of fatigue life of materials and structures under low-cycle loading // Mech. Solids. 2014. V. 49. № 3. P. 290–301.

  20. Большухин М.А., Лебедев В.В., Козин А.В., Коротких Ю.Г., Панов В.А., Пахомов В.А. Моделирование процессов накопления повреждений при термопульсациях // Проблемы прочности и пластичности. 2014. Т. 76. № 2. С. 134–143.

  21. Митенков Ф.М., Волков И.А., Игумнов Л.А., Коротких Ю.Г. и др. Прикладная теория пластичности. М.: Физматлит, 2015. 284 с.

  22. Volkov I.A., Tarasov I.S., Smetanin I.V., Igumnov L.A., Kazakov D.A., Shihulin D.N. Constitutive relations of mechanic of a damaged medium for evaluating the creep-rupture strength of structural alloys // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2019. V. 60. №. 1. P. 156–166. https://doi.org/10.1134/S002189441901019X

  23. Волков И.А., Игумнов Л.А., Тарасов И.С., Шишулин Д.Н., Пичков С.Н., Маркова М.Т. Моделирование пластического деформирования поликристаллических конструкционных сплавов при блочных несимметричных режимах мягкого малоциклового нагружения // Проблемы прочности и пластичности. 2019. Т. 81. № 1. С. 63–76.

  24. MacKenzie J.K. The elastic constants of a solids containing spherical holes // Proc. Phys. Soc. 1950. V. B63. P. 2–11.

  25. Трощенко В.Т. Рассеянные усталостные повреждения металлов и сплавов. Сообщение 3. Деформационные энергетические критерии // Проблемы прочности. 2006. № 1. С. 5-31.

  26. Le Xu, Takaki Kojima, Takamoto Itoh Creep-fatigue life evaluation of type 304 stainless steel under non-proportional loading // Int. J. Pressure Vessels Piping. 2021. V. 194. Part A. 104515. URL: doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2021.104515

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал