Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование малоцикловой усталости стали 12X18H10T на основе подходов фрактального анализа и искусственного интеллекта

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-9-59-67

Полный текст:

Аннотация

Исследована эволюция структуры стали 12Х18Н10Т в процессе усталостного нагружения и оценен ее ресурс с использованием нейросетевого моделирования и подходов фрактального анализа микроструктуры. Разработан алгоритм обработки изображений микроструктур для улучшения их качества. В качестве количественного показателя оценки эволюции микроструктуры поверхностного слоя металла предложен показатель фрактальной размерности изображения. Проведена количественная оценка структур при различных амплитудах напряжений в широком диапазоне пониженных температур с использованием показателя фрактальной размерности, показана его связь с наработкой материала образца. Появление магистральной трещины наблюдали в диапазоне 0,7 - 0,8 от числа циклов до разрушения, после чего начиналось увеличение скорости ее роста. При пониженной температуре магистральная трещина возникала позже и фиксировали более высокую скорость ее роста в процессе дальнейшего нагружения. Образование вторичных фаз в аустенитной стали при пониженной температуре происходило на более ранних стадиях, чем при температуре t = +20 °C, что приводило к упрочнению материала. Разработана и обучена искусственная нейронная сеть (ИНС) оценки структурных изменений металла на основе показателя фрактальной размерности изображений микроструктур на различных стадиях усталостного нагружения. Нейронная сеть позволила с достаточно высокой точностью оценить количество циклов до разрушения образца и остаточный ресурс материала. Установлено, что разработанная ИНС может быть использована для оценки текущего состояния материала в широком диапазоне пониженных температур.

Об авторах

А. А. Хлыбов
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия

Александр Анатольевич Хлыбов

603155, Нижний Новгород, Нижегородская обл., ул. Минина, д. 24



Ю. Г. Кабалдин
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия

Юрий Георгиевич Кабалдин

603155, Нижний Новгород, Нижегородская обл., ул. Минина, д. 24



М. С. Аносов
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия

Максим Сергеевич Аносов

603155, Нижний Новгород, Нижегородская обл., ул. Минина, д. 24



Д. А. Рябов
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия

Дмитрий Александрович Рябов

603155, Нижний Новгород, Нижегородская обл., ул. Минина, д. 24



Д. А. Шатагин
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия

Дмитрий Александрович Шатагин

603155, Нижний Новгород, Нижегородская обл., ул. Минина, д. 24



Список литературы

1. Терентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов. — М.: Наука, 2015. — 484 с.

2. Финкель В. М. Физика разрушения: рост трещин в твердых телах. — М.: Металлургия, 1970. — 376 с.

3. Cui W., Huang X., Wang F. Current Understanding of Fatigue Mechanisms of Metals / Towards a Unified Fatigue Life Prediction Method for Marine Structures. Advanced Topics in Science and Technology in China. — Berlin - Heidelberg: Springer, 2014. DOI: 10.1007/978-3-642-41831-0_2

4. Polak J., Petras R., Mazanova V Basic Mechanisms Leading to Fatigue Failure of Structural Materials / Trans. Indian Inst. Met. 2016. Vol. 69. P.289-294. DOI: 10.1007/s12666-015-0753-z

5. Khlybov A. A., Kabaldin Yu. G., Anosov M. S., et al. The effect of low temperatures on the operability of products 20GL steel / Journal of Physics: Conference Series. VIII International Conference “Deformation and Fracture of Materials and Nanomaterials”. 2020. 012063. DOI: 10.1088/1742-6596/1431/1/012063

6. Конева H. А., Теплякова Л. А., Соснин О. В., Целермаер В. В., Коваленко В. В. Дислокационные субструктуры и их трансформация при усталостном нагружении / Изв. вузов. Физика. 2002. № 3. С. 87 - 98.

7. Савенков Г. Г., Барахтин Б. К. Связь фрактальной размерности поверхности разрушения с комплексом стандартных характеристик материала на растяжение / ПМТФ. 2011. Т. 52. № 6. С. 177 - 184.

8. Carney L. R. and Mecholsky J. J. Relationship between Fracture Toughness and Fracture Surface Fractal Dimension in AISI 4340 Steel / Mater. Sci. Appl. 2013. Vol. 4. N 04. DOI: 10.4236/msa.2013.44032

9. Иванова В. С., Баланкин А. С., Бунин И. Ж. и др. Синергетика и фракталы в материаловедении. — М.: Наука, 1994. — 384 с.

10. Кузнецов П. В., Петракова И. В., Шрайбер Ю. Фрактальная размерность как характеристика усталости поликристаллов металлов / Физ. Мезомех. 2004. Т. 7. № Спец 1. С. 389 - 392.

11. Hilders O. A., Zambrano N., Caballero R. Microstructure, Strength, and Fracture Topography Relations in AISI 316L Stainless Steel, as Seen through a Fractal Approach and the Hall-Petch Law / Int. J. Met. 2015. Vol. 2015. P. 10. Article ID 624653. DOI: 10.1155/2015/624653

12. Kim V. A., Mokritskii B. Y., Morozova A. V. Multifractal analysis of microstructures after laser treatment of steels / Solid State Phen. 2020. Vol. 299SSP P 926 - 932.

13. Сагарадзе В. В., Уваров А. И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. — Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2013. — 720 с.

14. Ким В. А., Башков О. В., Попкова А. А. и др. Основы количественной и компьютерной металлографии: учебное пособие. — Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2013. — 133 с.

15. Kesireddy A., McCaslin S. Application of Image Processing Techniques to the Identification of Phases in Steel Metallographic Specimens / Elleithy K., Sobh T. (eds.), New Trends in Networking, Computing, E-learning, Systems Sciences, and Engineering. Lecture Notes in Electrical Engineering. Vol. 312. — Springer, 2015. DOI: 10.1007/978-3-319-06764-3_53

16. Гадалов В. H., Башков О. В., Ворначева И. В., Филонович А. В. Цифровая обработка изображений металлографических микроструктур в среде MATLAB. Методика / Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). 2015. № 12(21). С. 43 - 46.

17. Кабалдин Ю. Г., Аносов М. С., Шатагин Д. А. и др. Механизмы усталостного разрушения материалов при низких температурах / Вестник машиностроения. 2017. № 7. С. 51 - 58.

18. Вологжанина С. А., Иголкин А. Ф., Петкова А. П. Исследование влияния низких температур и деформаций на свойства аустенитной стали 12Х18Н10Т / Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. № 4. С. 83 - 93. DOI: 10.18721/JEST.25407

19. Снежной Г. В., Ольшанецкий В. Е. Об особенностях образования и трансформации е-мартенсита при пластической деформации аустенитных хромоникелевых сталей / Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2016. № 2. С. 43 - 49.

20. Солнцев Ю. П., Вологжанина С. А., Иголкин А. Ф. Материаловедение: Учебник. — М.: Академия, 2016. — 288 с.

21. Котречко С. А. Локальный подход к анализу хрупкого разрушения и его физическая интерпретация / Проблемы прочности. 2003. № 4. С. 14 - 31.


Для цитирования:


Хлыбов А.А., Кабалдин Ю.Г., Аносов М.С., Рябов Д.А., Шатагин Д.А. Исследование малоцикловой усталости стали 12X18H10T на основе подходов фрактального анализа и искусственного интеллекта. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021;87(9):59-67. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-9-59-67

For citation:


Khlybov A.A., Kabaldin Yu.G., Anosov M.S., Ryabov D.A., Shatagin D.A. Study of the low cycle fatigue of 12Cr18Ni10Ti steel based on fractal analysis and artificial intelligence approaches. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(9):59-67. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-9-59-67

Просмотров: 144


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