Развитие деформаций и повреждений при циклическом упругопластическом деформировании с выдержками и наложении на них дополнительных пульсаций нагрузки

Отмечается, что процесс циклического упругопластического нагружения характеризует диаграмма деформирования в координатах напряжение – деформация. Вид этой диаграммы в общем случае зависит от уровня действующих напряжений и деформаций, режима и условий нагружения, типа конструкционного материала. При этом одной из фундаментальных проблем механики деформирования и разрушения, решение которой позволяет сформировать базовые уравнения, описывающие условия достижения предельных состояний на основе критериев накопления повреждений, является установление закономерностей кинетики деформаций в процессе циклического упругопластического деформирования, которые непосредственным образом формируют базовые параметры деформационных критериев малоциклового разрушения. На основе результатов выполненных экспериментальных исследований показано, что при наличии в циклах выдержек на экстремумах нагрузки и наложении на эти выдержки переменных напряжений в сравнении с регулярным циклическим нагружением с равными амплитудами напряжений имеют место дополнительные деформации вследствие развития процессов ползучести. Эти деформации в значительной степени обусловливают рост размахов циклической пластической деформации в каждом цикле нагружения, а также стимулируют увеличение размахов упругопластической деформации от активного циклического деформирования. При этом наличие выдержек на экстремумах напряжений без наложения дополнительных переменных напряжений в наибольшей степени влияет на рост размахов пластической деформации в циклах. Наложение дополнительных переменных напряжений в процессе выдержек также увеличивает значения деформации ползучести, но в большей степени это проявляется при воздействии нагрузок с меньшими частотами, чем при их динамическом приложении. Фактор увеличения циклической пластической деформации при формах цикла с выдержками и наложением в процессе их протекания дополнительных переменных напряжений обусловливает снижение малоцикловой долговечности в сравнении с равным по амплитудам напряжений регулярным нагружением без выдержек, причем тем в большей степени, чем выше значения деформации от статической и динамической ползучести. Рост размахов циклической пластической деформации за счет прогрессирующей в течение выдержек дополнительной пластической деформации ползучести согласно деформационно-кинетическому критерию увеличивает повреждаемость материала в процессе циклического упругопластического деформирования, что обусловливает снижение циклической долговечности.

1. Махутов Н. А. Обобщенные закономерности процессов деформирования и разрушения / Вестник Российской академии наук. 2017. Т. 87. № 5. С. 407 – 429. DOI: 10.7868/s0869587317050012

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

3. Исследования и обоснование прочности и безопасности машин. К 300-летию Российской академии наук, 85-летию Института машиноведения РАН. — М.: МГОФ «Знание», 2023. — 832 с.

4. 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

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

6. Локальные критерии прочности, ресурса и живучести авиационных конструкций (Исследования прочности, ресурса и безопасности летательных аппаратов). — Новосибирск: Наука, 2017. — 600 с.

7. Проблемы прочности и безопасности водо-водяных энергетических реакторов (Серия «Исследования напряжений и прочности ядерных реакторов»). — М.: Наука, 2008. — 446 с.

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

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

10. Gadenin M. M. Study on Damaging and Fatigue Life of Constructions under Single- and Two-Frequency Loading Modes Based on Deformational and Energy Approaches / Inorganic Materials. 2018. Vol. 54. No. 15. P. 1543 – 1550. DOI: 10.1134/s0020168518150049

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. No. 232. P. 1829 – 1839. DOI: 10.1007/s00707-020-02920-3

12. 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. No. 4. P. 1535 – 1545. DOI: 10.1007/s00161-022-01160-1

13. 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.

14. 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.

15. 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

16. Samoilov S. P., Cherniavsky A. O. Creep and long-term strength of molybdenum alloy / Materials Science Forum. 2016. Vol. 843. P. 28 – 33. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.843.28

17. Гаденин М. М. Исследование влияния соотношения амплитуд деформаций при двухчастотном циклическом нагружении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 81. № 12. С. 50 – 60. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-12-50-60

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

19. Прочность, ресурс, живучесть и безопасность машин / Отв. ред. Н. А. Махутов. Изд. 2-е. — М.: КД «ЛИБРОКОМ», 2019. — 575 с.

20. 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