<?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">10.26896/1028-6861-2022-88-ll-46-54</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">zldm-1793</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>ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>TESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>ЛОКАЛЬНОЕ ИНДЕНТИРОВАНИЕ КАК СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ СКОРОСТИ РОСТА УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>LOCAL INDENTATION AS METHOD OF REDUCING FATIGUE CRACK GROWTH RATE</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>Федоров</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Fedorov</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Александр Андреевич Федоров</p><p>101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Alexandr A. Fedorov</p><p>101990, Moscow, Maly Kharitonievskii per., 4</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Разумовский</surname><given-names>И. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Razumovskii</surname><given-names>I. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Игорь Александрович Разумовский</p><p>101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Igor A. Razumovskii</p><p>101990, Moscow, Maly Kharitonievskii per., 4</p></bio><email xlink:type="simple">murza45@grnail.com</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>Матвиенко</surname><given-names>Ю. Г.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Matvienko</surname><given-names>Y. G.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Юрий Григорьевич Матвиенко</p><p>101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Yuri G. Matvienko</p><p>101990, Moscow, Maly Kharitonievskii per., 4</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 РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Mechanical Engineering Research Institute of RAS</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2022</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>24</day><month>11</month><year>2022</year></pub-date><volume>88</volume><issue>11</issue><fpage>46</fpage><lpage>54</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Федоров А.А., Разумовский И.А., Матвиенко Ю.Г., 2022</copyright-statement><copyright-year>2022</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Федоров А.А., Разумовский И.А., Матвиенко Ю.Г.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Fedorov A.A., Razumovskii I.A., Matvienko Y.G.</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/1793">https://www.zldm.ru/jour/article/view/1793</self-uri><abstract><p>Исследована возможность существенного уменьшения скорости роста усталостной трещины путем создания в окрестности ее вершины локального поля остаточных напряжений, возникающих вследствие внедрения сферического индентора. Разработаны методика и алгоритм программы (в ПК ANSYS) для численного моделирования в трехмерной постановке процесса усталостного роста трещины в поле остаточных напряжений. С учетом перспектив развития методики применительно к использованию динамического индентирования в макросе использован решатель ANSYS Explicit STR, полностью интегрированный в расчетный модуль. На первом этане расчета программа позволяет на основе решения упругопластической задачи определять поля остаточных напряжений (ОН), возникающих при индентировании окрестности вершины трещины исследуемого объекта; на втором этане — проводить численное моделирование процесса усталостного роста трещины. Рассмотрены вопросы влияния параметров индентирования (величины усилия, приложенного к индентору, зоны локализации точки индентирования, условий закрепления) на скорость роста трещины. Обоснованы способы существенного уменьшения скорости роста трещины, основанные на многократном предварительном индентировании. С использованием разработанной программы решена серия задач о влиянии различных типов нагружений и закреплений на скорость роста усталостной трещины в пластине со сквозной трещиной. Показано, что для создания в окрестности вершины трещины поля остаточных напряжений, обеспечивающих существенное снижение скорости роста трещины, можно использовать одностороннее индентирование установленных на опорную поверхность тонкостенных объектов с трещинами, что существенно упрощает практическое применение методики. Установлено, что при многократном индентировании вдоль линии распространения трещины скорость роста усталостной трещины существенно ниже, чем при использовании единственного индентора.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The possibility of a significant decrease in the growth rate of a fatigue crack is studied. The goal can be attained by creating a local field of residual stresses near the crack tip which arises due to the indentation of a spherical indenter. A methodology and program algorithm (in ANSYS) have been developed for numerical simulation of the problem in a three-dimensional formulation of the process of fatigue crack growth in the field of residual stresses. Considering the prospects of developing the technique with regard to the use of dynamic indentation, the ANSYS Explicit STR solver fully integrated into the calculation module was used in the macro. Proceeding from the solution of the elastoplastic problem the program provides determination of the fields of residual stresses (RS) at the first stage of the calculation and numerical simulation of the fatigue crack growth on the second stage. The effect of the indentation parameters (magnitude of the force applied to the indenter and the location of the indentation point, conditions of fixing) on the crack growth rate is considered. Methods for a significant reduction in the crack growth rate based on multiple preliminary indentation are substantiated. Using the developed program, we managed to solve a series of problems regarding the effect of different types of loading and fastenings on the growth rate of a fatigue crack in a plate with a through crack. The use of one-sided indentation of thin-walled objects with cracks, which are installed on the support surface, greatly simplifies the practical application of the technique for creating a residual stress field in the vicinity of the crack tip. It is shown that with multiple indentation along the crack propagation line, the fatigue crack growth rate is significantly lower than that when using a single indenter.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>усталостный рост трещины</kwd><kwd>остаточные напряжения</kwd><kwd>индентирование</kwd><kwd>численное моделирование</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>fatigue crack growth</kwd><kwd>residual stresses</kwd><kwd>indentation</kwd><kwd>numerical simulation</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 18-19-00351.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Воробьев Р. А., Литовченко В. Н., Дубинский В. Н. Исследование твердости и модуля упругости феррита методом кинетического индентирования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 5. С. 55-60.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vorob'ev R. A., Litovchenko V. N., Dubinskii V N. Study of the Hardness and Modulus of Elasticity of Ferrite using Kinetic Indentation Method / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2016. Vol. 82. N 5. P 55-60 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Матюнин В. М., Терентьев В. Ф., Марченков А. Ю., Слизов А. К. Методика определения твердости и других механических свойств тонколистовой трип-стали индентированием / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 49-53.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Matyunin V M., Terent'ev V F, Marchenkov A. Yu., Slizov A. K. Determination of Hardness and Other Mechanical Froperties of Thin-sheet Trip Steels by Indentation / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 7. P 49-53 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рудницкий В. А., Крень А. П., Ланцман Г. А. Определение предела текучести металлов методом микроударного индентирования сферическим бойком / Дефектоскопия. 2019. № 2. С. 61-66.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rudnitskii V. A., Kren' A. P., Lantsman G. A. Determining yield strength of metals by microindentation with a spherical tip / Defektoskopiya. 2019. N 2. P 61-66 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ляпунова Е. А., Чудинов В. В., Уваров С. В. Динамическое индентирование керамики из оксида алюминия / Физика. 2016. № 3(34). С. 59-64.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lyapunova E. A., Chudinov V V., Uvarov S. V Dynamic indentation of alumina ceramics / Fizika. 2016. N 3(34). P 59-64 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kruzic J. J., Kim D. К., Koester К. J., Ritchie R. O. Indentation techniques for evaluating the fracture toughness of biomaterials and hard tissues / J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2009. N 2. P 384-395.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kruzic J. J., Kim D. K., Koester K. J., Ritchie R. O. Indentation techniques for evaluating the fracture toughness of biomaterials and hard tissues / J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2009. N 2. P 384-395.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Барон А. А. Оценка трещиностойкости сталей методом индентирования / Известия волгоградского государственного технического университета. 2019. № 6(229). С. 69-73.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Baron A. A. Assessment of steels fracture toughness by means of indentation technics / Izv. Volgograd. Gos. Tekhn. Univ. 2019. N 6(229). P 69-73 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Коновалов Д. А., Голубкова И. А., Смирнов С. В. Определение прочностных свойств отдельных слоев деформированных слоистых композитов методом кинетического индентирования / Дефектоскопия. 2011. № 12. С. 91-98.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Konovalov D. A., Golubkova I. A., Smirnov S. V Determination of strength properties of individual layers of deformed layered composites by kinetic indentation / Defektoskopiya. 2011. N 12. P 91-98 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Чернятин А. С , Разумовский И. А. Метод индентирования как способ оценки нагруженности и деградации механических характеристик материала / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2015. № 4. С. 40-48.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chernyatin A. S., Razumovskii I. A. The method of indentation as a way to assess the loading and degradation of the mechanical characteristics of the material / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin. 2015. N 4. P 40-48 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ильинский А. В., Федоров А. В., Степанова К. А. и др. Исследование динамической твердости конструкционных металлических материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 1. С. 57-61. DOI:10.26896/1028-6861-2020-86-1-57-61</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ilinskiy A. V, Fedorov A. V, Stepanova K. A., et al. Study of the dynamic hardness of structural metal materials / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2020. Vol. 86. N 1. P 57-61 [in Russian]. DOI:10.26896/1028-6861-2020-86-1-57-61</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Матюнин В. М., Марченков А. Ю., Волков П. В., Демидов А. Н. Диагностика механических свойств материалов по диаграммам индентирования на разных масштабных уровнях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 4. С. 47-52.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Matyunin V M., Marchenkov A. Yu., Volkov P. V, Demidov A. N. Diagnosis of the Mechanical Properties of Materials from the Indentation Diagrams at Different Scale Levels / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2015. Vol. 81. N 4. P 47-52 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Матюнин В. М., Марченков А. Ю., Абусаиф Н., Стасенко Н. А. Оценка упругой податливости твердомера при кинетическом индентировании материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 4. С. 57-63. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-4-57-63</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Matyunin V M., Marchenkov A. Yu., Abusaif N., Stasenko N. A. Evaluation of the elastic compliance of the hardness tester in kinetic indentation tests / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85. N 4. P 57-63 [in Russian]. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-4-57-63</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Razavi S. М. J., Ayatollahi М. R., Amouzadi A., Berto F. Effects of different indentation methods on fatigue life extension of cracked specimens / FFEMS (Fatigue &amp; Fracture of Engineering Materials &amp; Structures). 2017. N 41. P 287-299.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Razavi S. M. J., Ayatollahi M. R., Amouzadi A., Berto F. Effects of different indentation methods on fatigue life extension of cracked specimens / FFEMS (Fatigue &amp; Fracture of Engineering Materials &amp; Structures). 2017. N 41. P 287-299.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Razavi S. M. J. A. M. R., F. B. Assessment of fatigue crack growth behavior of cracked specimens / Frocedia Structural Integrity. 2018. N 13. P 69-73.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Razavi S. M. J . A. M. R., F. B. Assessment of fatigue crack growth behavior of cracked specimens / Procedia Structural Integrity. 2018. N 13. P 69-73.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Won-Kyun L., Jeong-Hoon S., Bhavavi V S. Effect of ring indentation on fatigue crack growth in an aluminum plate / International Journal of Fatigue. 2003. N 25. P 1271-1277.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Won-Kyun L., Jeong-Hoon S., Bhavavi V S. Effect of ring indentation on fatigue crack growth in an aluminum plate / International Journal of Fatigue. 2003. N 25. P 1271-1277.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">DIN EN 10025-3-2019. Hot rolled products of structural steels. Fart 3: Technical delivery conditions for normalized/normalized rolled wieldable fine grain structural steels.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">DIN EN 10025-3-2019. Hot rolled products of structural steels. Part 3: Technical delivery conditions for normalized/normalized rolled wieldable fine grain structural steels.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Deulin E. A., Mikhailov V E, Panfilov Yu. V., Nevshupa R. A. Mechanics and Fhysics of Frecise Vacuum Mechanisms. — Springer, 2010. P 34.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Deulin E. A., Mikhailov V P., Panfilov Yu. V., Nevshupa R. A. Mechanics and Physics of Precise Vacuum Mechanisms. — Springer, 2010. P 34.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Albuquerque C. M. C, Miranda R. M. C, Richter-Trummer V, de Figueredo M. A. V, Calcada R., de Castro P. M. S. T. Fatigue crack propongation behavior in thick steel weldments / Int J Struct Integr. 2012. N 3(2). P 184-203.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Albuquerque C. M. C, Miranda R. M. C, Richter-Trummer V, de Figueredo M. A. V, Calcada R., de Castro P. M. S. T. Fatigue crack propongation behavior in thick steel weldments / Int J Struct Integr. 2012. N 3(2). P 184-203.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">ANSYS Inc. FDF Documentation for Release 2021 Rl, Fracture Analysis Guide, January 2021.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">ANSYS Inc. PDF Documentation for Release 2021 Rl, Fracture Analysis Guide, January 2021.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Matvienko Y. G., Razumovskii I. A., Fedorov A. A. Numerical modeling the effect of static indentation on the rate and the fatigue crack growth trajectory / Journal of Fhysics: Conference Series. 22. Sen "XXII Winter School on Continuous Media Mechanics, WSCMM 2021". 2021. P 012039.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Matvienko Y. G., Razumovskii I. A., Fedorov A. A. Numerical modeling the effect of static indentation on the rate and the fatigue crack growth trajectory / Journal of Physics: Conference Series. 22. Ser. "XXII Winter School on Continuous Media Mechanics, WSCMM 2021". 2021. P 012039.</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>
