Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Оценка порога развития усталостных трещин в железнодорожной стали ПРИ гармоническом и эксплуатационном процессах нагружения

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-12-49-54

Полный текст:

Аннотация

Приведены результаты экспериментальных исследований развития усталостных трещин в образцах из стали 20ГФЛ, вырезанных из надрессорной литой балки грузового вагона. Рассмотрено соотношение величин порогового коэффициента интенсивности напряжений Kth, определяемого по кинетической диаграмме усталостного разрушения и найденного по средним параметрам порогового уровня эксплуатационного процесса нагружения. Использованы результаты экспериментальной работы с моделированием эксплуатационного нагружения. Проведены испытания при отработке постоянных блоков раскрытия трещины в образце (в режиме жесткого нагружения). Эксплуатационный процесс представлен в виде блока последовательных циклов нагружения, записанного при испытании рамы вагона. Процесс типичен для прямолинейного участка железнодорожного пути. Исходя из отработанных блоков нагрузки и роста трещины, установлены закономерности снижения скорости развития трещины и уменьшения при этом нагрузки. Экстраполяция этих закономерностей на нулевое значение скорости развития трещины позволила оценить пороговый уровень нагружения, подобный первоначально заданному. Алгоритм постепенного снижения нагрузки подобен исходному процессу. Проведен анализ порогового уровня развития усталостных трещин в низколегированной стали 20ГФЛ, полученного по диаграмме усталостного разрушения (при гармоническом нагружении). Этот уровень существенно выше, чем результат его оценки по средним значениям эксплуатационного процесса нагружения. Можно утверждать, что рассматриваемая модель эксплуатационного нагружения дает большее повреждение по сравнению с гармоническим нагружением, на базе которого обычно проводят оценку живучести элементов конструкций.

Об авторах

С. Г. Лебединский
Институт машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Россия

Станислав Георгиевич Лебединский

101990, Москва, Малый Харитоньевский переулок, д. 4



О. В. Наумов
Институт машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Россия

Олег Вячеславович Наумов

101990, Москва, Малый Харитоньевский переулок, д. 4



Список литературы

1. Махутов Н. А., Москвитин Г. В., Лебединский С. Г. и др. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения. — М.: Ленанд, 2018. — 720 с.

2. Романов А. Н. Распространение трещин усталости и единая кривая циклической трещиностойкости конструкционных материалов / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. № 5. С. 47 – 57.

3. Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник. — М.: Машиностроение, 1985. — 224 с.

4. Elber W. The significance of fatigue crack closure. — Philadelphia: ASTM STP 486, 1971. P. 230 – 422. DOI: 10.1520/STP28334S

5. Willenborg J., Engle R. H., Wood H. A. A crack growth retardation model based on effective stress concepts, AFFDL-TM-71-1 FBR, WPAFB, OH, 1971. DOI: 10.21236/ada956517

6. Newman J. C. A crack-closure model for predicting fatigue crack growth under aircraft spectrum loading. Methods and models for predicting fatigue crack growth under random loading / Chang J. B., Hudson C. M., eds. ASTM STP 748, 1981. P. 53 – 84. DOI: 10.1520/STP748-EB

7. Petit J., Henaff G., Sarrazin-Baudoux C. Mechanisms and Modeling of NearThreshold Fatigue Crack Propagation, Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design / ASTM Spec. Tech. Publ., J. C. Newman, Jr. and R. S. Piascik, Eds. Vol. 1372. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2000. — 429 p. ISBN 0-8031-2624-7.

8. Ling M. R. and Schijve J. Fractographic analysis of crack growth and shear Lip development under simple variable-amplitude loading / Fatigue Fract. Engg Mater. Struct. 1990. Vol. 13. P. 443 – 456.

9. Sunder R., Porter W. J., Ashbaugh N. E. The Role of Air in Fatigue Load Interaction / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2003. Vol. 26. P. 1 – 16. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.22

10. Sunder R. Characterization of Threshold Stress Intensity as a Function of Near-Tip Residual Stress: Theory, Experiment, and Applications / Materials Performance and Characterization. 2015. Vol. 4. N 2. P. 105 – 130. DOI: 10.1520/MPC20140037

11. Sunder R., Unraveling the Science of Variable-Amplitude Fatigue / J. ASTM Int. 2012. Vol. 9. N 1. P. 20 – 64. Paper ID JAI103940.

12. Sunder R., Andronik A., Biakov A., Eremin E., Panin S., Savkin A. Combined action of crack closure and residual stress under periodic overloads: A fractographic Analysis / Int. J. Fatigue. 2016. N 82b. P. 667 – 675.

13. Лебединский С. Г., Москвитин Г. В., Пугачев М. С., Поляков А. Н. Закономерности развития усталостных трещин в стали при низком уровне эксплуатационного нагружения / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 2. С. 73 – 79.

14. РД 50-345–82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. Методические указания. — М.: Изд-во стандартов, 1983.

15. Лебединский С. Г., Змеева В. Н. Закономерности развития усталостных трещин в литых сталях железнодорожных конструкций / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2000. № 3. С. 98 – 103.

16. Москвитин Г. В., Лебединский С. Г. Определение порога развития усталостных трещин в сталях железнодорожных конструкций / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. № 6. С. 63 – 68.


Для цитирования:


Лебединский С.Г., Наумов О.В. Оценка порога развития усталостных трещин в железнодорожной стали ПРИ гармоническом и эксплуатационном процессах нагружения. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021;87(12):42-47. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-12-49-54

For citation:


Lebedinsky S.G., Naumov O.V. Evaluation of the threshold for the development of fatigue cracks in a railway steel under harmonic and operational loading. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(12):42-47. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-12-49-54

Просмотров: 57


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