Расчетно-экспериментальный анализ сопротивления малоцикловому деформированию жаропрочного сплава

Отмечено, что в общем случае диаграммы циклического упругопластического деформирования материала характеризуют его сопротивление малоцикловому нагружению и отображают связь между текущими значениями напряжений и деформацией в процессе деформирования. Такие диаграммы в механике деформирования и разрушения описываются сложными уравнениями состояния, нелинейно зависящими от условий и режимов нагружения, включая температуры, скорости деформирования, формы циклов, виды напряженного состояния, абсолютные размеры сечений, виды рабочих сред, типы конструкционного материала и др. Названные факторы во всем их комплексе влияют на форму кривых (диаграмм) деформирования материала и на основные параметры описывающих их уравнений состояния, например, на такие базовые характеристики механических свойств, как модуль упругости, пределы текучести и прочности, показатели статического и циклического упрочнения. На примере экспериментально полученных данных о кинетике циклических и односторонне накапливаемых пластических деформаций в каждом из полуциклов (циклов) нагружения при статических и малоцикловых испытаниях образцов из жаропрочного никелевого сплава показано, что в условиях циклического упругопластического деформирования эти деформационные характеристики имеют существенно нелинейный характер изменения, который описывается на базе степенных уравнений и входящих в них параметров диаграмм циклического деформирования. При этом параметры этих уравнений зависят от типа циклически упрочняющегося, разупрочняющегося или стабильного материала при его деформировании в упругопластической области. Отмечено, что сопротивление циклическим упругопластическим деформациям материала может быть описано комплексом аналитических выражений с входящей в них кинетической функцией, изменяющейся по числу полуциклов нагружения, в виде степенных или экспоненциальных выражений в зависимости от циклических свойств материала и данных о характеристиках механических свойств конкретных конструкционных материалов. Полученные расчетно-экспериментальные данные о кинетике деформаций исследуемого сплава в процессе его циклического упругопластического нагружения и о параметрах диаграмм деформирования, являющихся базовыми характеристиками для соответствующих уравнений состояния, позволяют в полной мере использовать деформационно-кинетический критерий накопления повреждений в рассматриваемых условиях нагружения для расчетов долговечности изготовленных из него элементов конструкций, эксплуатируемых, как правило, при сложных температурно-силовых режимах. Результаты выполненных экспериментов и расчетов приведены в виде диаграмм поцикловой кинетики циклических и накапливаемых пластических деформаций исследованного материала при мягком и жестком режимах нагружения и в широком диапазоне температур испытаний.

1. Махутов Н. А. Обобщенные закономерности процессов деформирования и разрушения / Вестник РАН. 2017. Т. 87. № 5. С. 407 – 429. DOI: 10.7868/S0869587317050012

2. Multiscale Solid Mechanics. Strength, Durability, and Dynamics / Ed. by Holm Altenbach, Victor A. Eremeyev, Leonid A. Igumnov. — Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2021. — 499 p. DOI: 10.1007/978-3-030-54928-2

3. Nuclear Materials / Ed. by P. Tsvetkov — London: IntechOpen, 2021. — 138 p. DOI: 10.5772/intechopen.83315

4. Гаденин М. М. Исследование закономерностей сопротивления деформированию и накопления повреждений при нерегулярном малоцикловом нагружении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 11. С. 55 – 63. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-11-55-63

5. Makhutov N. A., Gadenin M. M., Reznikov D. O. Assessment of Extreme Thermo-Mechanical States of Engineering Systems under Operating Loading Conditions / Acta Mechanica. 2021. Vol. 5. N 232. P. 1829 – 1839. DOI: 10.1007/s00707-020-02920-3

6. Махутов Н. А., Гаденин М. М., Чернявский О. Ф., Чернявский А. О. Исследования свойств материалов при сложных условиях малоциклового деформирования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 7. С. 49 – 58. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-7-49-58

7. Романов А. Н. Кинетика истинных напряжений при малоцикловом нагружении / Сб. трудов VIII Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». — М.: ИМЕТ РАН, 2019. С. 142 – 143.

8. Лепов В. В. Надежность и ресурс технических систем в экстремальных условиях эксплуатации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 6. С. 36 – 39. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-6-36-39

9. Gadenin M. M. Features of the Kinetics of Cyclic Elastoplastic Deformation Diagrams at Dwells in Cycles and Superimposition of Variable Stresses on Them / Inorg. Mater. 2021. Vol. 57. N 15. P. 1565 – 1570. DOI: 10.1134/S0020168521150073

10. Баутин А. А., Свирский Ю. А., Панков А. В. Мониторинг состояния конструкции с помощью анализа кинетики местного напряженно-деформированного состояния / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Vol. 85. № 2. С. 42 – 47. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-2-42-47

11. Прикладные задачи конструкционной прочности и механики разрушения технических систем / Отв. ред. В. В. Москвичев. — Новосибирск: Наука, 2021. — 796 c. DOI: 10.7868/978-5-02-038832-1

12. Makhutov N. A., Gadenin M. M. Integrated Assesment of the Durability, Resources, Survivability, and Safety of Machinery Loaded under Complex Conditions / J. Machinery Manufacture and Reliability. 2020. Vol. 49. N 4. P. 292 – 300. DOI: 10.3103/S1052618820040093

13. Гаденин М. М. Кинетика деформаций и накопления повреждений в связи с формой циклов упругопластического нагружения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 10. С. 61 – 65.

14. Probability, Combinatorics and Control / Ed. by Andrey Rostogryzov and Victor Korolev. — London: IntechOpen, 2020. — 322 p. DOI: 10.5772/intechopen.79802

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. Баутин А. А., Свирский Ю. А., Панков А. В. Мониторинг состояния конструкции с помощью анализа кинетики местного напряженно-деформированного состояния / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Vol. 85. № 2. С. 42 – 47. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-2-42-47

17. Махутов Н. А. Развитие лабораторных исследований и диагностики материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 1(I). С. 5 – 13. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-5-13

18. Грищенко А. И., Семенов А. С., Гецов Л. Б. Моделирование процессов неупругого деформирования монокристаллических сплавов на никелевой основе с учетом эволюции фазового состава / Математическое моделирование в естественных науках. Тезисы XXIX Всероссийской школы-конференции. — Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2020. С. 30.

19. Makhutov N. A., Gadenin M. M., Reznikov D. O. Assessment and accounting for extreme impacts for validation of strength and service life of highly loaded machines and structures / Procedia Structural Integrity. 2020. Vol. 28. P. 1378 – 1391. DOI: 10.1016/j.prostr.2020.10.109

20. Makhutov N. A., Gadenin M. M. Analysis and control of the strength, useful life, and safe operation risks of power plants with various kinds of energy commodities / J. Machinery Manufacture and Reliability. 2022. Vol. 51. N 1. P. 47 – 56. DOI: 10.3103/S105261882201006X