Исследование закономерностей сопротивления деформированию и накопления повреждений при нерегулярном малоцикловом нагружении

Приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований изменения закономерностей сопротивления деформированию и накопления повреждений в условиях нерегулярного малоциклового нагружения, которые сопоставлены с аналогичными данными при равном по нагруженности регулярном циклическом упругопластическом деформировании. Реализованный в исследованиях нерегулярный режим малоциклового нагружения принят в виде равновероятного распределения изменения амплитуд напряжений между заданными максимальным и минимальным их уровнями при симметричной форме циклов. Такой режим воспроизведен на испытательном оборудовании на основе введения в управляющую программу соответствующей функциональной зависимости изменения амплитуды напряжений в циклах. Полученные в процессе испытаний при нерегулярных режимах результаты о поцикловой кинетике как циклических, так и односторонне накапливаемых деформациях регистрировали в банке данных и сопоставляли с параметрами регулярного нагружения, что позволяло их аналитически описывать соответствующими уравнениями состояния с корректировкой параметров диаграмм циклического упругопластического деформирования, учитывающей условия нерегулярности режимов нагружения. Результаты выполненных экспериментов приведены в виде диаграмм режимов испытаний, кривых малоцикловой усталости исследованного материала при мягком и жестком режимах нагружения, диаграмм поцикловой кинетики циклических и накапливаемых деформаций при регулярном и нерегулярном режимах, а также кинетических диаграмм накопления повреждений в этих условиях. С использованием критериев суммирования, выраженных через деформационные характеристики накапливаемых повреждений, показано, что с учетом изменения характера развития деформаций в процессе нерегулярного малоциклового нагружения такие критериальные зависимости при принятии условия достижения предельного состояния могут быть использованы для оценки долговечности и ее сопоставления с аналогичными данными при регулярных режимах.

1. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. — М.: Машиностроение, 1993. — 364 с.

2. Махутов Н. А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008. — 528 с.

3. Степнов М. Н. Вероятностные методы оценки характеристик механических свойств материалов и несущей способности элементов конструкций. — Новосибирск: Наука, 2005. — 342 с.

4. Даунис М. А., Стасюнас Р. А. Исследование накопления повреждений при нестационарном малоцикловом мягком нагружении / Проблемы прочности. 1976. № 11. С. 14 – 22.

5. Шефер Л. А., Ерпалов А. В., Валеев Д. Х. Обобщенная диаграмма усталости материалов при действии различных случайных, гармонических и полигармонических процессов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 1-I. С. 58 – 62.

6. Махутов Н. А. Обобщенные закономерности повреждаемости и сплошности при оценках долговечности в условиях переменности режимов нагружения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 9. С. 61 – 65. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-9-61-65

7. Смирнова Л. Л., Зинин А. В. Структурные особенности накопления повреждений при комбинированном циклическом нагружении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 5. С. 46 – 51. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-5-46-51

8. Gadenin M. M. Estimation of the Effect of Loading Modes on the Conditions of Attainment of Marginal States and Resource Assignment / Inorg. Mater. 2014. Vol. 50. N 15. P. 1537 – 1542. DOI: 10.1134/S0020168514150035

9. Gadenin M. M. Study on Damaging and Fatigue Life of Constructions under Single- and Two-Frequency Loading Modes Based on Deformational and Energy Approaches / Inorg. Mater. 2018. Vol. 54. N 15. P. 1543 – 1550. DOI: 10.1134/S0020168518150049

10. Gadenin M. M. Study of the Effect of Strain Amplitude Ratio at Two-Frequency Cyclic Loading / Inorg. Mater. 2019. Vol. 55. N 15. P. 1523 – 1532. DOI: 10.1134/S0020168519150056

11. Gadenin M. M. Calculation and Experimental Estimation of the Role of the Frequency Ratio in Changing the Durability at Two-Frequency Deformation Modes / Inorg. Mater. 2020. Vol. 56. N 15. P. 1485 – 1491. DOI: 10.1134/S0020168520150042

12. Зинин А. В., Бычков Н. Г., Першин А. В., Авруцкий В. В., Смирнова Л. Л. Термоциклическая прочность жаропрочного сплава и кинетика накопления повреждений при наложении вибрационных нагрузок / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 2. С. 53 – 55.

13. Гадолина И. В., Лисаченко Н. Г., Свирский Ю. А., Дубин Д. А. Выбор частоты дискретизации и оптимальный способ цифровой обработки сигналов в задачах рассмотрения случайного процесса нагружения для оценки долговечности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 7. С. 64 – 72. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-7-64-72

14. Махутов Н. А. Обобщенные закономерности процессов деформирования и разрушения / Вестник Российской академии наук. 2017. Том 87. № 5. С. 407 – 429. DOI: 10.7868/S0869587317050012

15. Dragunov Yu. G., Evropin S. V., Gadenin M. M., Makhutov N. A. Rebyakov Yu. N., Chernyavsky A. O., Chernyavsky O. F. Stress-Strain Kinetics in Calculations of High-Temperature Strength and Longevity of Reactor Structures / Atomic Energy. 2016 (January). Vol. 119. N 3. P. 177 – 189. DOI: 10.1007/s10512-015-0046-y

16. Гаденин М. М. Особенности кинетики диаграмм циклического упругопластического деформирования при наличии в циклах выдержек и наложении на них переменных напряжений / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 12. С. 46 – 53. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-12-46-53