<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">zldm</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Заводская лаборатория. Диагностика материалов</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Industrial laboratory. Diagnostics of materials</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1028-6861</issn><issn pub-type="epub">2588-0187</issn><publisher><publisher-name>ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.26896/1028-6861-2021-87-12-49-54</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">zldm-1542</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MATERIALS MECHANICS: STRENGTH, DURABILITY, SAFETY</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Оценка порога развития усталостных трещин в железнодорожной стали ПРИ гармоническом и эксплуатационном процессах нагружения</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Evaluation of the threshold for the development of fatigue cracks in a railway steel under harmonic and operational loading</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Лебединский</surname><given-names>С. Г.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Lebedinsky</surname><given-names>S. G.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Станислав Георгиевич Лебединский</p><p>101990, Москва, Малый Харитоньевский переулок, д. 4</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Stanislav G. Lebedinsky</p><p>4, Maly kharitonyevsky per., Moscow, 101990</p></bio><email xlink:type="simple">SLebedinski@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Наумов</surname><given-names>О. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Naumov</surname><given-names>O. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Олег Вячеславович Наумов</p><p>101990, Москва, Малый Харитоньевский переулок, д. 4</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Oleg V. Naumov</p><p>4, Maly kharitonyevsky per., Moscow, 101990</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>A. A. Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2021</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>18</day><month>12</month><year>2021</year></pub-date><volume>87</volume><issue>12</issue><fpage>42</fpage><lpage>47</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Лебединский С.Г., Наумов О.В., 2021</copyright-statement><copyright-year>2021</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Лебединский С.Г., Наумов О.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Lebedinsky S.G., Naumov O.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.zldm.ru/jour/article/view/1542">https://www.zldm.ru/jour/article/view/1542</self-uri><abstract><p>Приведены результаты экспериментальных исследований развития усталостных трещин в образцах из стали 20ГФЛ, вырезанных из надрессорной литой балки грузового вагона. Рассмотрено соотношение величин порогового коэффициента интенсивности напряжений Kth, определяемого по кинетической диаграмме усталостного разрушения и найденного по средним параметрам порогового уровня эксплуатационного процесса нагружения. Использованы результаты экспериментальной работы с моделированием эксплуатационного нагружения. Проведены испытания при отработке постоянных блоков раскрытия трещины в образце (в режиме жесткого нагружения). Эксплуатационный процесс представлен в виде блока последовательных циклов нагружения, записанного при испытании рамы вагона. Процесс типичен для прямолинейного участка железнодорожного пути. Исходя из отработанных блоков нагрузки и роста трещины, установлены закономерности снижения скорости развития трещины и уменьшения при этом нагрузки. Экстраполяция этих закономерностей на нулевое значение скорости развития трещины позволила оценить пороговый уровень нагружения, подобный первоначально заданному. Алгоритм постепенного снижения нагрузки подобен исходному процессу. Проведен анализ порогового уровня развития усталостных трещин в низколегированной стали 20ГФЛ, полученного по диаграмме усталостного разрушения (при гармоническом нагружении). Этот уровень существенно выше, чем результат его оценки по средним значениям эксплуатационного процесса нагружения. Можно утверждать, что рассматриваемая модель эксплуатационного нагружения дает большее повреждение по сравнению с гармоническим нагружением, на базе которого обычно проводят оценку живучести элементов конструкций.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The results of experimental studies of the fatigue crack development in 20GFL steel specimens cut from a cast bolster of a freight car are presented. The ratio of the threshold stress intensity coefficient Kth determined from the kinetic diagram of fatigue fracture and from the average parameters of the operational loading process is considered using the experimental results with a simulation of operational loading. Tests were carried out upon the development of permanent blocks of crack opening in the specimen (in a rigid loading mode). The operational process is presented in the form of a block of consecutive loading cycles recorded during the test of the car frame in conditions typical for a straight section of the railway track. The threshold operational level is determined by the algorithm of gradual reduction of the loading similar to the original process. The regularities in a decrease of the rate of crack development and corresponding decrease in the load were determined. Subsequent extrapolation of the obtained experimental regularities to zero value of the crack propagation rate provided estimation of the threshold loading level, similar to the initially specified value. It is shown that the value of the threshold level of the fatigue crack development in low-alloy steel 20GFL obtained from the fatigue fracture diagram (i.e., under harmonic loading) is significantly higher than that obtained from the estimate based on the average values of the operational loading process. The considered model of operational loading gives greater damage compared to harmonic loading, on the basis of which the survivability of structural elements is usually assessed.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>эксплуатационная живучесть</kwd><kwd>низколегированная сталь</kwd><kwd>эксперимент</kwd><kwd>параметры диаграммы усталостного разрушения</kwd><kwd>пороговый эксплуатационный уровень нагружения</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>operational survivability</kwd><kwd>low-alloy steel</kwd><kwd>experiment</kwd><kwd>parameters of the fatigue fracture diagram</kwd><kwd>threshold operational loading level</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Махутов Н. А., Москвитин Г. В., Лебединский С. Г. и др. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения. — М.: Ленанд, 2018. — 720 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Makhutov N. A., Moskvitin G. V., Lebedinsky S. G., et al. Problems of strength, technogenic safety and structural materials science. — Moscow: Lenand, 2018. — 720 p. [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Романов А. Н. Распространение трещин усталости и единая кривая циклической трещиностойкости конструкционных материалов / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. № 5. С. 47 – 57.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Romanov A. N. Propagation of fatigue cracks and a single curve of cyclic crack resistance of structural materials / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mash. 2013. N 5. P. 47 – 57 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник. — М.: Машиностроение, 1985. — 224 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kogaev V. P., Makhutov N. A., Gusenkov A. P. Calculations of machine parts and structures for strength and durability: handbook. — Moscow: Mashinostroenie, 1985. — 224 p. [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Elber W. The significance of fatigue crack closure. — Philadelphia: ASTM STP 486, 1971. P. 230 – 422. DOI: 10.1520/STP28334S</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Elber W. The significance of fatigue crack closure. — Philadelphia: ASTM STP 486, 1971. P. 230 – 422. DOI: 10.1520/STP28334S</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Willenborg J., Engle R. H., Wood H. A. A crack growth retardation model based on effective stress concepts, AFFDL-TM-71-1 FBR, WPAFB, OH, 1971. DOI: 10.21236/ada956517</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Willenborg J., Engle R. H., Wood H. A. A crack growth retardation model based on effective stress concepts, AFFDL-TM-71-1 FBR, WPAFB, OH, 1971. DOI: 10.21236/ada956517</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Newman J. C. A crack-closure model for predicting fatigue crack growth under aircraft spectrum loading. Methods and models for predicting fatigue crack growth under random loading / Chang J. B., Hudson C. M., eds. ASTM STP 748, 1981. P. 53 – 84. DOI: 10.1520/STP748-EB</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Newman J. C. A crack-closure model for predicting fatigue crack growth under aircraft spectrum loading. Methods and models for predicting fatigue crack growth under random loading / Chang J. B., Hudson C. M., eds. ASTM STP 748, 1981. P. 53 – 84. DOI: 10.1520/STP748-EB</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Petit J., Henaff G., Sarrazin-Baudoux C. Mechanisms and Modeling of NearThreshold Fatigue Crack Propagation, Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design / ASTM Spec. Tech. Publ., J. C. Newman, Jr. and R. S. Piascik, Eds. Vol. 1372. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2000. — 429 p. ISBN 0-8031-2624-7.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Petit J., Henaff G., Sarrazin-Baudoux C. Mechanisms and Modeling of NearThreshold Fatigue Crack Propagation, Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design / ASTM Spec. Tech. Publ., Newman J. C., Jr. and Piascik R. S., Eds. Vol. 1372. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2000. — 429 p. ISBN 0-8031-2624-7.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ling M. R. and Schijve J. Fractographic analysis of crack growth and shear Lip development under simple variable-amplitude loading / Fatigue Fract. Engg Mater. Struct. 1990. Vol. 13. P. 443 – 456.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ling M. R. and Schijve J. Fractographic analysis of crack growth and shear Lip development under simple variable-amplitude loading / Fatigue Fract. Engg Mater. Struct. 1990. Vol. 13. P. 443 – 456.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sunder R., Porter W. J., Ashbaugh N. E. The Role of Air in Fatigue Load Interaction / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2003. Vol. 26. P. 1 – 16. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.22</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sunder R., Porter W. J., Ashbaugh N. E. The Role of Air in Fatigue Load Interaction / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2003. Vol. 26. P. 1 – 16. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.22</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sunder R. Characterization of Threshold Stress Intensity as a Function of Near-Tip Residual Stress: Theory, Experiment, and Applications / Materials Performance and Characterization. 2015. Vol. 4. N 2. P. 105 – 130. DOI: 10.1520/MPC20140037</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sunder R. Characterization of Threshold Stress Intensity as a Function of Near-Tip Residual Stress: Theory, Experiment, and Applications / Materials Performance and Characterization. 2015. Vol. 4. N 2. P. 105 – 130. DOI: 10.1520/MPC20140037</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sunder R., Unraveling the Science of Variable-Amplitude Fatigue / J. ASTM Int. 2012. Vol. 9. N 1. P. 20 – 64. Paper ID JAI103940.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sunder R., Unraveling the Science of Variable-Amplitude Fatigue / J. ASTM Int. 2012. Vol. 9. N 1. P. 20 – 64. Paper ID JAI103940.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sunder R., Andronik A., Biakov A., Eremin E., Panin S., Savkin A. Combined action of crack closure and residual stress under periodic overloads: A fractographic Analysis / Int. J. Fatigue. 2016. N 82b. P. 667 – 675.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sunder R., Andronik A., Biakov A., Eremin E., Panin S., Savkin A. Combined action of crack closure and residual stress under periodic overloads: A fractographic Analysis / Int. J. Fatigue. 2016. N 82b. P. 667 – 675.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лебединский С. Г., Москвитин Г. В., Пугачев М. С., Поляков А. Н. Закономерности развития усталостных трещин в стали при низком уровне эксплуатационного нагружения / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 2. С. 73 – 79.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lebedinsky S. G., Moskvitin G. V., Pugachev M. S., Polyakov A. N. Regularities in the development of fatigue cracks in steel at a low level of operational loading / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mash. 2020. N 2. P. 73 – 79 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">РД 50-345–82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. Методические указания. — М.: Изд-во стандартов, 1983.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">RD 50-345-82. Calculations and strength tests. Methods of mechanical testing of metals. Determination of crack resistance (fracture toughness) characteristics under cyclic loading. Methodological guidelines. — Moscow: Izd. standartov, 1983 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лебединский С. Г., Змеева В. Н. Закономерности развития усталостных трещин в литых сталях железнодорожных конструкций / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2000. № 3. С. 98 – 103.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lebedinsky S. G., Zmeeva V. N. Regularities of development of fatigue cracks in cast steels of railway structures / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mash. 2000. N 3. P. 98 – 103 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Москвитин Г. В., Лебединский С. Г. Определение порога развития усталостных трещин в сталях железнодорожных конструкций / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. № 6. С. 63 – 68.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Moskvitin G. V., Lebedinsky S. G. Determination of the threshold for the development of fatigue cracks in railway construction steels / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mash. 2007. N 6. P. 63 – 68 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
