Сопротивление малоцикловому разрушению жаропрочного сплава при одно- и двухчастотном режимах нагружения

Отмечено, что для большинства высоконагруженных агрегатов усталостное и длительное статическое повреждения развиваются в связи с повторными нагружениями с большими амплитудами напряжений и деформаций в упругой и упругопластической областях при ограниченном числе основных циклов и наложением на них с более высокими частотами динамических напряжений существенно меньшей величины. Это обусловливает наличие так называемых двухчастотных режимов нагружения. Показано, что в области повышенных и высоких температур, определяющих проявление температурно-временных эффектов в материале, существенными параметрами, от которых зависит процесс разрушения, становятся скорость и длительность деформирования. Эти параметры вводятся в базовое уравнение кривой усталости для определения долговечности через частоту и время нагружения. Результаты расчетно-экспериментальных исследований, выполненных на образцах из жаропрочного никелевого сплава при жестком режиме нагружения и высокой температуре, показали, что оценка прочности и долговечности в этом случае для одночастотного и двухчастотного режимов нагружения может быть выполнена на основе анализа деформационных параметров и диаграмм циклического упругопластического деформирования с использованием деформационно-кинетического критерия суммирования накапливаемых в материале повреждений. Экспериментально подтверждено наличие эффекта снижения долговечности при двухчастотном режиме нагружения и показана возможность оценки этого снижения на основе указанного критерия, а также по соответствующим зависимостям с введением в них параметров соотношений частот и амплитуд полной и накладываемой на основной процесс деформаций. Расчетные зависимости в рассматриваемом случае включают в себя данные, учитывающие температурные условия, частоту и длительность нагружения, что позволяет при оценке повреждения от низкочастотной и высокочастотной составляющих циклических деформаций учесть эффекты цикличности и времени нагружения, а также факторы наличия при таком нагружении переменного коэффициента асимметрии высокочастотных циклов двухчастотного режима в процессе высокотемпературного циклического упругопластического деформирования.

1. Прочность и ресурс ЖРД. Серия «Исследование напряжений и прочности ракетных двигателей». — М.: Наука, 2011. — 525 с.

2. Напряженно-деформированные состояния ЖРД. Серия «Исследования напряжений и прочности ракетных двигателей»). — М.: Наука, 2013. — 646 с.

3. Локальные критерии прочности, ресурса и живучести авиационных конструкций. Серия «Исследования прочности, ресурса и безопасности летательных аппаратов». — Новосибирск: Наука, 2017. — 600 с.

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

5. Исследования и обоснование прочности и безопасности машин. К 300-летию Российской академии наук, 85-летию Института машиноведения РАН / Под ред. Н. А. Махутова, Ю. Г. Матвиенко, А. Н. Романова. — М.: МГОФ «Знание», 2023. — 832 с.

6. Гаденин М. М. Исследование повреждаемости и долговечности при одно- и двухчастотных режимах нагружения на основе деформационных и энергетических подходов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 6. С. 44 – 52.

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

8. Махутов Н. А., Гаденин М. М., Юдина О. Н. Анализ циклической прочности технических систем при сложных режимах эксплуатационного нагружения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Том 89. № 10. С. 55 – 62. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-55-62

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

10. 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

11. 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

12. 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

13. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Исследование обобщенных кривых статического и циклического деформирования, повреждения и разрушения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 5. С. 46 – 55. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-5-46-55

14. Mahutov N. A., Morozov E. M., Gadenin M. M., et al. Coupled thermo-mechanical analysis of stress-strain response and limit states of structural materials taking into account the cyclic properties of steel and stress concentration / Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2023. Vol. 35. N 4. P. 1535 – 1545. DOI: 10.1007/s00161-022-01160-1

15. Гаденин М. М. Расчетно-экспериментальный анализ сопротивления малоцикловому деформированию жаропрочного сплава / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 9. С. 61 – 68. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-9-61-68

16. Прочность, ресурс, живучесть и безопасность машин / Отв. ред. Н. А. Махутов. — Изд. 2-е. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2019. — 576 с.

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

18. 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

19. Гаденин М. М. Исследование влияния соотношения амплитуд деформаций при двухчастотном циклическом нагружении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 12. С. 50 – 56. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-12-50-60

20. Гаденин М. М. Расчетно-экспериментальная оценка роли соотношения частот в изменении долговечности при двухчастотных режимах деформирования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. I. С. 64 – 71. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-I-64-71

21. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Расчетно-экспериментальное моделирование напряженно-деформированных состояний высоконагруженных элементов энергоагрегатов / Вычислительные технологии. 2023. Т. 28. № 4. С. 28 – 44. DOI: 10.25743/ICT.2023.28.4.004