Михаил Матвеевич Гаденин
101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., 4
Mikhail M. Gadenin
4, Maly Kharitonievsky per., Moscow, 101990
Отмечено, что в общем случае диаграммы циклического упругопластического деформирования материала характеризуют его сопротивление малоцикловому нагружению и отображают связь между текущими значениями напряжений и деформацией в процессе деформирования. Такие диаграммы в механике деформирования и разрушения описываются сложными уравнениями состояния, нелинейно зависящими от условий и режимов нагружения, включая температуры, скорости деформирования, формы циклов, виды напряженного состояния, абсолютные размеры сечений, виды рабочих сред, типы конструкционного материала и др. Названные факторы во всем их комплексе влияют на форму кривых (диаграмм) деформирования материала и на основные параметры описывающих их уравнений состояния, например, на такие базовые характеристики механических свойств, как модуль упругости, пределы текучести и прочности, показатели статического и циклического упрочнения. На примере экспериментально полученных данных о кинетике циклических и односторонне накапливаемых пластических деформаций в каждом из полуциклов (циклов) нагружения при статических и малоцикловых испытаниях образцов из жаропрочного никелевого сплава показано, что в условиях циклического упругопластического деформирования эти деформационные характеристики имеют существенно нелинейный характер изменения, который описывается на базе степенных уравнений и входящих в них параметров диаграмм циклического деформирования. При этом параметры этих уравнений зависят от типа циклически упрочняющегося, разупрочняющегося или стабильного материала при его деформировании в упругопластической области. Отмечено, что сопротивление циклическим упругопластическим деформациям материала может быть описано комплексом аналитических выражений с входящей в них кинетической функцией, изменяющейся по числу полуциклов нагружения, в виде степенных или экспоненциальных выражений в зависимости от циклических свойств материала и данных о характеристиках механических свойств конкретных конструкционных материалов. Полученные расчетно-экспериментальные данные о кинетике деформаций исследуемого сплава в процессе его циклического упругопластического нагружения и о параметрах диаграмм деформирования, являющихся базовыми характеристиками для соответствующих уравнений состояния, позволяют в полной мере использовать деформационно-кинетический критерий накопления повреждений в рассматриваемых условиях нагружения для расчетов долговечности изготовленных из него элементов конструкций, эксплуатируемых, как правило, при сложных температурно-силовых режимах. Результаты выполненных экспериментов и расчетов приведены в виде диаграмм поцикловой кинетики циклических и накапливаемых пластических деформаций исследованного материала при мягком и жестком режимах нагружения и в широком диапазоне температур испытаний.
Diagrams of cyclic elastoplastic deformation in a general case characterize the resistance of a material to a low cycle loading and display a relation between current values of stresses and strains during deformation process. Those diagrams in the mechanics of deformation and fracture are described by rather complicated state equations with a nonlinear dependence on conditions and modes of loading including temperature, deformation rate, cycle form, type of the stress state, absolute size of sections, working medium, type of constructional material, etc. The entity of aforementioned factors affects a shape of the deformation curve (diagram) of the material and key parameters of the corresponding state equations, including basic characteristics of the mechanical properties, i.e., the elasticity module, yield point and ultimate stress, indicators of static and cyclic hardening. Experimental data on the kinetics of cyclic and one-way accumulated plastic strains in each loading half-cycle (cycle) obtained in static and low cycle tests of nickel superalloy specimens revealed that change in deformation characteristics exhibit a drastically nonlinear character in conditions of cyclic elastoplastic strain which is described on the basis of power equations and corresponding parameters of cyclic deformation diagrams. The parameters of those equations depend on the type of cyclically hardening/softening or stable material under deformation of the material in elastoplastic region. It is noted that resistance of materials to cyclic elastic-plastic strain can be described by a set of analytical expressions containing a kinetic function (which changes with number of loading half-cycles) in the form of power or exponential expressions depending on the cyclic properties and characteristics of the mechanical properties of the specific structural material. The obtained calculated and experimental data on the kinetics of strain of the alloy under study in conditions of cyclic elastoplastic loading, as well as on the parameters of the strain diagram (which are basic characteristics for the corresponding state equations) provide the possibility to take full advantage of using the deformation-kinetic criteria of damage accumulation under considered loading conditions to calculate the fatigue life of the structural elements manufactured from the alloy and operated, as a rule, under severe temperature and heavy-loaded conditions. The results of the experiments and calculations are given in the form of diagrams of cycle-by-cycle kinetics of the cyclic and accumulated plastic strains of the material for the soft and hard modes of loading in a wide range of test temperatures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.