ЛОКАЛЬНОЕ ИНДЕНТИРОВАНИЕ КАК СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ СКОРОСТИ РОСТА УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ

Исследована возможность существенного уменьшения скорости роста усталостной трещины путем создания в окрестности ее вершины локального поля остаточных напряжений, возникающих вследствие внедрения сферического индентора. Разработаны методика и алгоритм программы (в ПК ANSYS) для численного моделирования в трехмерной постановке процесса усталостного роста трещины в поле остаточных напряжений. С учетом перспектив развития методики применительно к использованию динамического индентирования в макросе использован решатель ANSYS Explicit STR, полностью интегрированный в расчетный модуль. На первом этане расчета программа позволяет на основе решения упругопластической задачи определять поля остаточных напряжений (ОН), возникающих при индентировании окрестности вершины трещины исследуемого объекта; на втором этане — проводить численное моделирование процесса усталостного роста трещины. Рассмотрены вопросы влияния параметров индентирования (величины усилия, приложенного к индентору, зоны локализации точки индентирования, условий закрепления) на скорость роста трещины. Обоснованы способы существенного уменьшения скорости роста трещины, основанные на многократном предварительном индентировании. С использованием разработанной программы решена серия задач о влиянии различных типов нагружений и закреплений на скорость роста усталостной трещины в пластине со сквозной трещиной. Показано, что для создания в окрестности вершины трещины поля остаточных напряжений, обеспечивающих существенное снижение скорости роста трещины, можно использовать одностороннее индентирование установленных на опорную поверхность тонкостенных объектов с трещинами, что существенно упрощает практическое применение методики. Установлено, что при многократном индентировании вдоль линии распространения трещины скорость роста усталостной трещины существенно ниже, чем при использовании единственного индентора.

1. Воробьев Р. А., Литовченко В. Н., Дубинский В. Н. Исследование твердости и модуля упругости феррита методом кинетического индентирования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 5. С. 55-60.

2. Матюнин В. М., Терентьев В. Ф., Марченков А. Ю., Слизов А. К. Методика определения твердости и других механических свойств тонколистовой трип-стали индентированием / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 49-53.

3. Рудницкий В. А., Крень А. П., Ланцман Г. А. Определение предела текучести металлов методом микроударного индентирования сферическим бойком / Дефектоскопия. 2019. № 2. С. 61-66.

4. Ляпунова Е. А., Чудинов В. В., Уваров С. В. Динамическое индентирование керамики из оксида алюминия / Физика. 2016. № 3(34). С. 59-64.

5. Kruzic J. J., Kim D. К., Koester К. J., Ritchie R. O. Indentation techniques for evaluating the fracture toughness of biomaterials and hard tissues / J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2009. N 2. P 384-395.

6. Барон А. А. Оценка трещиностойкости сталей методом индентирования / Известия волгоградского государственного технического университета. 2019. № 6(229). С. 69-73.

7. Коновалов Д. А., Голубкова И. А., Смирнов С. В. Определение прочностных свойств отдельных слоев деформированных слоистых композитов методом кинетического индентирования / Дефектоскопия. 2011. № 12. С. 91-98.

8. Чернятин А. С , Разумовский И. А. Метод индентирования как способ оценки нагруженности и деградации механических характеристик материала / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2015. № 4. С. 40-48.

9. Ильинский А. В., Федоров А. В., Степанова К. А. и др. Исследование динамической твердости конструкционных металлических материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 1. С. 57-61. DOI:10.26896/1028-6861-2020-86-1-57-61

10. Матюнин В. М., Марченков А. Ю., Волков П. В., Демидов А. Н. Диагностика механических свойств материалов по диаграммам индентирования на разных масштабных уровнях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 4. С. 47-52.

11. Матюнин В. М., Марченков А. Ю., Абусаиф Н., Стасенко Н. А. Оценка упругой податливости твердомера при кинетическом индентировании материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 4. С. 57-63. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-4-57-63

12. Razavi S. М. J., Ayatollahi М. R., Amouzadi A., Berto F. Effects of different indentation methods on fatigue life extension of cracked specimens / FFEMS (Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures). 2017. N 41. P 287-299.

13. Razavi S. M. J. A. M. R., F. B. Assessment of fatigue crack growth behavior of cracked specimens / Frocedia Structural Integrity. 2018. N 13. P 69-73.

14. Won-Kyun L., Jeong-Hoon S., Bhavavi V S. Effect of ring indentation on fatigue crack growth in an aluminum plate / International Journal of Fatigue. 2003. N 25. P 1271-1277.

15. DIN EN 10025-3-2019. Hot rolled products of structural steels. Fart 3: Technical delivery conditions for normalized/normalized rolled wieldable fine grain structural steels.

16. Deulin E. A., Mikhailov V E, Panfilov Yu. V., Nevshupa R. A. Mechanics and Fhysics of Frecise Vacuum Mechanisms. — Springer, 2010. P 34.

17. Albuquerque C. M. C, Miranda R. M. C, Richter-Trummer V, de Figueredo M. A. V, Calcada R., de Castro P. M. S. T. Fatigue crack propongation behavior in thick steel weldments / Int J Struct Integr. 2012. N 3(2). P 184-203.

18. ANSYS Inc. FDF Documentation for Release 2021 Rl, Fracture Analysis Guide, January 2021.

19. Matvienko Y. G., Razumovskii I. A., Fedorov A. A. Numerical modeling the effect of static indentation on the rate and the fatigue crack growth trajectory / Journal of Fhysics: Conference Series. 22. Sen "XXII Winter School on Continuous Media Mechanics, WSCMM 2021". 2021. P 012039.