Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Эволюция параметров механики разрушения в окрестности отверстия при малоцикловой усталости по данным моделирования трещины узкими надрезами

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-9-52-62

Полный текст:

Аннотация

Предложен новый метод исследования влияния малоцикловой усталости на эволюцию величин параметров механики разрушения при нагружении плоских образцов с концентраторами напряжений. Рассмотрены три программы нагружения с постоянным значением размаха напряжений и различными коэффициентами асимметрии цикла, а также две программы с постоянным коэффициентом асимметрии и различными величинами размаха напряжений цикла. Одна программа — общая для обоих случаев. Все программы включают одноосное растяжение-сжатие. Каждую программу реализовывали путем испытания партии одинаковых образцов — от семи до девяти в каждой. Один образец из партии был предназначен для оценки долговечности. В рамках каждой программы остальные образцы доводили до различных стадий малоцикловой усталости. Экспериментальные данные получали для трещин различной длины, которые моделировали последовательностью из трех узких надрезов, начинающихся от сквозного отверстия в прямоугольном образце. Деформационный отклик на малое приращение длины надреза при постоянной внешней нагрузке измеряли с помощью метода электронной спекл-интерферометрии. Исходная экспериментальная информация — картины интерференционных полос, которые обеспечивали определение тангенциальных компонент перемещений непосредственно на берегах надреза. Таким образом, величины раскрытия надреза определяли по результатам прямых измерений. От измеренных перемещений к величинам коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) и T-напряжений переходили с помощью соотношений модифицированной версии метода последовательного наращивания длины трещины, которые основаны на формулировке Уильямса. Получены распределения параметров механики разрушения по длине надрезов на различных этапах циклического нагружения. На этой основе построены зависимости величин раскрытия, КИН и T-напряжений для надрезов фиксированной длины от количества циклов нагружения. Установлено, что экспериментальные распределения величин КИН по периоду долговечности практически совпадают для всех четырех комбинаций параметров цикла нагружения.

Об авторах

С. И. Елеонский
Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского
Россия

Святослав Игоревич Елеонский

140180, Московская область, Жуковский, ул. Жуковского, д. 1


Ю. Г. Матвиенко
Институт машиноведения им. А.А. Благонравова, Российская академия наук
Россия

Юрий Григорьевич Матвиенко

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4



В. С. Писарев
Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского
Россия

Владимир Сергеевич Писарев

140180, Московская область, Жуковский, ул. Жуковского, д. 1



А. В. Чернов
Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского
Россия

Андрей Владимирович Чернов

140180, Московская область, Жуковский, ул. Жуковского, д. 1



Список литературы

1. Makhutov N. A. Deformation criteria of fracture and structures elements strength analysis. — Moscow: Mashinostroenie, 1981. — 271 p. [in Russian].

2. Osgood C. C. Fatigue Design, 2nd edition. — Oxford, UK: Pergamon Press, 1982. — 606 p.

3. Collins J. A. Failure of Materials in Mechanical Design: Analysis, Prediction, Prevention, 2nd edition. — NY, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore: John Wiley & Sons, 1993. — 672 p.

4. Makhutov N., Matvienko Yu., Chernyakov S. A unified methodological approach to calculation analysis of the stages of nucleation and growth of low-cycle fatigue cracks / Mater. Sci. 1993. Vol. 29. N 2. P. 109 – 114.

5. Zerbst U., Klinger C., Clegg R. Fracture mechanics as a tool in failure analysis — prospects and limitations / Engineering Failure Analysis. 2015. Vol. 55. P. 376 – 410. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2015.07.001.

6. Chiang F.-P. Moiré and speckle methods applied to elastic-plastic fracture studies / Experimental Techniques in Fracture mechanics. 3rd edition // J. S. Epstein, Ed. — NY: VCH, 1993. P. 291 – 325.

7. Post D., Han B., Ifju P. High Sensitivity Moiré. Exp. Analysis for Mech. and Mat. — Berlin: Springer Verlag, 1994. — 444 p.

8. Shchepinov V. P., Pisarev V. S., Novikov S. A., Balalov V. V., Odintsev I. N., Bondarenko M. M. Strain and Stress Analysis by Holographic and Speckle Interferometry. — Chichester: John Wiley, 1996. — 483 p.

9. Lee C. et al. Determination of plastic strains at notches by image-processing methods / Exp. Mech. 1989. Vol. 29. N 2. P. 214 – 220.

10. Steckenrider J., Wagner J. Computed speckle decorrelation (CSD) for the study of fatigue damage / Optics & Lasers in Engineering. 1995. Vol. 22. N 1. P. 3 – 15.

11. Diaz E. V., Kaufmann G. H., Armas A. E., Galizzi G. E. Optical measurement of the plastic zone size in a notched metal specimen subjected to low-cycle fatigue / Optics & Lasers in Engineering. 2001. Vol. 35. N 6. P. 325 – 333.

12. Diaz E. V., Armas A. E., Kaufmann G. H., Galizzi G. E. Fatigue damage accumulation around a notch using a digital image measurement system / Experimental Mechanics. 2004. Vol. 44. N 3. P. 241 – 246.

13. Hamam R., Hild F., Roux S. Stress intensity factor gauging by digital image correlation: Application in cyclic fatigue / Strain. 2007. Vol. 43. P. 81 – 192.

14. Backman D. et al. The use of digital image correlation in a parametric study on the effect of edge distance and thickness on residual strains after hole cold expansion / J. Strain Analysis. 2008. Vol. 43. P. 781 – 789.

15. López-Crespo P. et al. The stress intensity of mixed mode cracks determined by digital image correlation / J. Strain Anal. for Eng. Design. Vol. 43. P. 769 – 780.

16. Razumovskii I. A. Interference optical methods of deformable solid mechanics. — Moscow: Izd. MGTU im. N. É. Baumana, 2007. — 240 p. [in Russian].

17. De-Matos P. F. P., Nowell D. Experimental and numerical investigation of thickness effects in plasticity-induced fatigue crack closure / International Journal of Fatigue. 2009. Vol. 31. P. 1795 – 1804.

18. López-Crespo P. et al. Some experimental observations on crack closure and crack-tip plasticity / Fat. Fract. Eng. Mater, Struct. 2009. Vol. 32. P. 418 – 429.

19. Backman D., Cowal C., Patterson E. Analysis of the effects of cold expansion of holes using thermoelasticity and image correlation / Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2010. Vol. 33. P. 859 – 870.

20. Mathieu F., Hild F., Roux S. Identification of a crack propagation law by digital image correlation / International Journal of Fatigue. 2012. Vol. 36. P. 146 – 154.

21. Mathieu F., Hild F., Roux S. Image-based identification procedure of a crack propagation law / Engineering Fracture Mechanics. 2013. Vol. 103. P. 48 – 59.

22. Zanganeh M., López-Crespo P., Tai Y. H., Yates J. R. Locating the crack tip using displacement field data: a comparative study / Strain. 2013. Vol. 49. P. 102 – 115.

23. Yusof F., López-Crespo P., Withers P. J. Effect of overload on crack closure in thick and thin specimens via digital image correlation / International Journal of Fatigue. 2013. Vol. 56. P. 17 – 24.

24. López-Crespo P. et al. Overload effects on fatigue crack-tip fields under plane stress conditions: surface and bulk analysis / Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 2013. Vol. 36. P. 75 – 84.

25. Withers P. J. et al. 2D mapping of plane stress crack-tip fields following an overload / Frattura ed Integritа Strutturale. 2015. Vol. 33. P. 151 – 158. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.33.19.

26. López-Crespo P., Moreno B., Lopez-Moreno A., Zapatero J. Characterisation of crack-tip fields in biaxial fatigue based on high-magnification image correlation and electro-spray technique / International Journal of Fatigue. 2015. Vol. 71. P. 17 – 25.

27. Vasco-Olmo J. M., Díaz F. A., Patterson E. A. Experimental evaluation of shielding effect on growing fatigue cracks under overloads using ESPI / International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 83. P. 117 – 126.

28. Mokhtarishirazabad M. et al. Optical and analytical investigation of overloads in biaxial fatigue cracks / International Journal of Fatigue. 2017. Vol. 100. P. 583 – 590. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2016.12.035.

29. Mokhtarishirazabad M. et al. Evaluation of crack-tip fields from DIC data: a parametric study / International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 89. P. 11 – 19.

30. Vaidyanathan S., Finnie I. Determination of residual stresses from stress intensity factor measurement / Journal of Basic Engineering. 1971. Vol. 93. P. 242 – 246.

31. Cheng W., Finnie I. Measurement of residual hoop stresses in cylinders using the compliance method / ASME Journal of Engineering Materials and Technology. 1986. Vol. 108. P. 87 – 92.

32. Schindler H. J. Determination of residual stress distributions from measured stress intensity factors / International Journal of Fracture. 1995. Vol. 74. P. R23 – R30.

33. Schindler H. J., Cheng W., Finnie I. Experimental determination of stress intensity factors due to residual stresses / Experimental Mechanics. 1997. Vol. 37. P. 272 – 277.

34. Pisarev V. S., Matvienko Y. G., Eleonsky S. I., Odintsev I. N. Combining the crack compliance method and speckle interferometry data for determination of stress intensity factors and T-stresses / Engineering Fracture Mechanics. 2017. Vol. 179. P. 348 – 374.

35. Pisarev V. S., Matvienko Y. G., Eleonsky S. I., Odintsev I. N. Effect of Low-Cycle Fatigue on Fracture Mechanics Parameters According to Speckle Interferometry / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2016. Vol. 82. N 6. P. 44 – 56 [in Russian].

36. Matvienko Yu. G., Pisarev V. S., Eleonsky S. I. The effect of low-cycle fatigue on evolution of fracture mechanics parameters in residual stress field caused by cold hole expansion / Frattura ed Integrita Strutturale. 2019. Vol. 47. P. 303 – 320. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.47.23.

37. Pisarev V. S., Odintsev I. N., Eleonsky S. I., Apalkov A. A. Residual stress determination by optical interferometric measurements of hole diameter increments / Optics & Lasers in Engineering. 2018. Vol. 110. P. 437 – 456.


Для цитирования:


Елеонский С.И., Матвиенко Ю.Г., Писарев В.С., Чернов А.В. Эволюция параметров механики разрушения в окрестности отверстия при малоцикловой усталости по данным моделирования трещины узкими надрезами. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020;86(9):52-62. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-9-52-62

For citation:


Eleonsky S.I., Matvienko Yu.G., Pisarev V.S., Chernov A.V. Evolution of the fracture mechanics parameters in the vicinity of the hole in conditions of low-cycle fatigue according to the data of modeling a crack with narrow notches. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2020;86(9):52-62. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-9-52-62

Просмотров: 23


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)