Михаил Матвеевич Гаденин
Москва, 101990, Малый Харитоньевский пер., д. 4
Mikhail M. Gadenin
4, Maly Kharitonievsky per., Moscow, 101990
Цель исследований — установление закономерностей изменения циклических деформаций и связанных с ними диаграмм деформирования в связи с включением в режимы нагружения временных выдержек и наложением на них дополнительных переменных напряжений. По результатам анализа полученных экспериментальных данных о кинетике диаграмм циклического упругопластического деформирования и их параметрах показано, что при названных режимах нагружения, в отличие от равного по напряжениям регулярного циклического нагружения, имеет место развитие дополнительных деформаций статической и динамической ползучести. Данные выполненных исследований особенно актуальны для оценок циклической прочности уникальных экстремально нагруженных объектов техники, включая атомное энергетическое оборудование, агрегаты авиационных и космических систем и др. Эксперименты проведены на образцах из аустенитной нержавеющей стали в условиях малоциклового нагружения и высокой температуры испытаний. Возникающие при таких режимах нагружения деформации статической и динамической ползучести в значительной степени обусловливают увеличение размахов циклической пластической деформации в каждом цикле нагружения, а также стимулируют рост размахов упругопластической деформации от активного циклического деформирования. При этом наличие выдержек на экстремумах напряжений в циклах без наложения на них дополнительных переменных напряжений в наибольшей степени влияет на рост размахов пластической деформации в циклах. Наложение дополнительных переменных напряжений на выдержки также обусловливает развитие деформаций ползучести, но их рост оказывается несколько меньше, чем при наличии выдержек без наложения напряжений. Наложение высокочастотных динамических напряжений еще в большей степени уменьшает величины деформаций ползучести. Полученные в экспериментах диаграммы циклического деформирования аппроксимированы степенными зависимостями с описанием их кинетики по числу циклов нагружения через соответствующие температурно-временные функции. Показано, что фактор увеличения циклической пластической деформации при формах цикла с выдержками и наложением на них дополнительных переменных напряжений обусловливает снижение малоцикловой долговечности в сравнении с равным по амплитудам напряжений регулярным нагружением без выдержек, причем тем в большей степени, чем выше значения деформации статической и динамической ползучести. Этот результат получен благодаря экспериментальным исследованиям, а также данным анализа условий накопления повреждений при рассмотренных формах цикла нагружения с использованием деформационного критерия достижения предельного состояния, приводящего к разрушению.
The goal of the study is determination of the regularities of changes in cyclic strains and related deformation diagrams attributed to the existence of time dwells in the loading modes and imposition of additional variable stresses on them. Analysis of the obtained experimental data on the kinetics of cyclic elastoplastic deformation diagrams and their parameters revealed that in contrast to regular cyclic loading (equal in stresses), additional deformations of static and dynamic creep are developed. The results of the studys are especially relevant for assessing the cyclic strength of unique extremely loaded objects of technology, including nuclear power equipment, units of aviation and space systems, etc. The experiments were carried out on the samples of austenitic stainless steel under low-cycle loading and high temperatures of testing. Static and dynamic creep deformations arising under those loading conditions promote an increase in the range of cyclic plastic strain in each loading cycle and also stimulate an increase in the range of elastoplastic strain due to active cyclic deformation. At the same time the existence of dwells on extrema of stresses in cycles without imposition of additional variable stresses on them most strongly affects the growth of plastic strain ranges in cycles. Imposition of additional variable stresses on dwells also results in the development of creep strains, but their growth turns out to be somewhat less than in the presence of dwells without stresses imposed. The diagrams of cyclic deformation obtained in the experiments are approximated by power dependences, their kinetics being described in terms of the number of loading cycles using corresponding temperature-time functions. At the same time, it is shown that increase in the cyclic plastic deformation for cycles with dwells and imposition of additional variable stresses on them decreases low cycle fatigue life compared to regular loading without dwells at the same stress amplitudes, moreover, the higher the values of static and dynamic creep, the greater decrease in low-cycle fatigue life. This conclusion results from experimental data and analysis of conditions of damage accumulation for the considered forms of the loading cycle using the deformation criterion of reaching the limit state leading to fracture.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.