НАКОПЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ В ЗОНЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ДАННЫМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО И РАЗРУШАЮЩЕГО МЕТОДА
Сведения об авторах
- Институт машиноведения имени А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва Российская Федерация
- Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, Жуковский, Российская Федерация
- Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, Жуковский, Российская Федерация
Аннотация
Разработан и верифицирован новый неразрушающий метод количественного описания накопления повреждений в зоне концентрации напряжений при малоцикловой усталости. Созданный подход основан на эволюции диаметра пластической вмятины, вызванной контактным взаимодействием сферического индентора и плоской поверхности алюминиевого образца на различных этапах малоцикловой усталости. Вдавливание закаленного стального шарика выполняется в непосредственной близости от контура сквозного отверстия в плоском прямоугольном образце. Научная новизна предлагаемого подхода заключается в том, что в качестве текущих индикаторов повреждаемости используются величины трех параметров, связанных с контактной вмятиной, которые получены на основе прямых физических измерений методом спекл-интерферометрии. Для регистрации картин интерференционных полос используется самый простой вариант оптической схемы. На первом этапе показана высокая степень корреляции функций накопления повреждений, построенных с использованием параметров, которые связаны с перемещениями контура отпечатка. Сравнение аналогичных данных, полученных с помощью известного разрушающего подхода и предложенного метода, дает уникальную возможность количественного сравнения результатов двух типов. Это вытекает из того факта, что сопоставляемые данные получены на противоположных поверхностях одного и того же образца с одинаковым уровнем поврежденности. После регистрации картин интерференционных полос, вызванных вдавливанием стальной сферы на одной из внешних сторон образца, на противоположной поверхности того же образца визуализируются интерферограммы, которые генерируются нанесением искусственного надреза при постоянной внешней нагрузке. Величины параметров механики разрушения, которые служат в качестве текущих параметров повреждаемости, определяются для набора образцов на различных этапах малоцикловой усталости. Зависимости этих параметров от количества циклов нагружения позволяют получить явный вид функции накопления повреждений. Такие же функции получены ранее на основе эволюции параметров пластического отпечатка. Сравнение данных двух типов выявляет их высокую корреляцию. Данный факт доказывает надежность неразрушающего метода анализа накопления повреждений на основе вдавливания сферического индентора.
Ключевые слова
DAMAGE ACCUMULATION IN STRESS CONCENTRATION ZONE BY DATA OF NON-DESTRUCTIVE AND DESTRUCTIVE METHODS
The study decribes the novel developed and verified non-destructive method for damage accumulation quantifying in stress concentration area under low-cycle fatigue conditions. The created approach employs the evolution of plastic print diameter caused by a spherical ball indentation over lifetime. The ball indentation is performed near the hole in plane rectangular specimens with different levels of damage accumulation. The main scientific novelty of the approach resides in involving current damage indicators, which can be reliably derived on a base of the simplest measurements of two in-plane displacement components by speckle-pattern interferometry. Comparison of the results following from the proposed method with analogous data obtained by known destructive approach provides a way to estimate the reliability of non-destructive technique. There is a unique way for comparing two approaches by using the same specimens because plastic prints are applied to the single external face of each specimen. The opposite face is successively used for registration of fringe patterns, which are attributed by narrow notch inserting. Fracture mechanics parameters, which are related to artificial notche and obtained on different stages of low-cycle fatigue, provide damage accumulation function in an explicit form. Experimental dependencies of the notch mouth opening displacement and stress intensity factor from the loading cycle number are constructed by data of fringe patterns interpretation for seven specimens. Damage accumulation functions constructed proceeding from the ball indentation technique and artificial notch inserting method are in good agreement. Thus, high efficiency of the ball indentation approach with respect to quantitative analysis of damage accumulation is clearly substantiated.
Keywords
Литература
- 1.Murakami, S. Continuum Damage Mechanics / S. Murakami. – Springer Dordrecht Heidelberg, London New York, 2012. – 402 p. DOI: 10.1007/978-94-007-2666-6 2. Altenbach, H. Advanced Theories for Deformation, Damage and Failure in Materials / H. Altenbach, A. Gancazarski. – Cham, Springer, 2023. – 289 p. 3. Elias Ferreira, S. Using the strip-yield mechanics to model fatigue crack growth by damage accumulation ahead of the crack tip / S. Elias Ferreira, J. Tupiassú Pinho de Castro, M. Antonio Meggiolaro // International Journal of Fatigue. – 2017. – Vol. 103. – P. 557–575. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2017.06.039 4. Elias Ferreira, S. Fatigue crack growth predictions based on damage accumulation ahead of the crack tip calculated by strip- yield procedures / S. Elias Ferreira, J. Tupiassú Pinho de Castro, M. Antonio Meggiolaro // International Journal of Fatigue. – 2018. – Vol. 115. – P. 89–106. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2018.03.001 5. Prediction of fatigue life of metastable austenitic steel by a combination of acoustic and eddy current data / V. Mishakin, A. Gonchar, K. Kurashkin, M. Kachanov // International Journal of Fatigue. – 2020. – Vol. 141. – Article: 105846. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105846 6. Haghshenas, A. Damage Accumulation and Crack Initiation Detection Based on the Evolution of Surface Roughness Parameters / A. Haghshenas, M.M. Khonsari // International Journal of Fatigue. – 2017. – Vol. 107. – P. 130–144. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2017.10.009 7. A new energy-based method to evaluate low-cycle fatigue damage of AISI H11 at elevated temperature / W. Du, Y. Luo, Y. Wang, S. Chen, D. Yu // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. – 2017. – Vol. 40. – P. 994–1004. 8. Lykova, A.V. Studying of accumulation damages regularities under low cycle loading and cycle variable parameters conditions / A.V. Lykova, A.V. Ilinikh // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – No. 747. – 012122. 9. A strain energy density based life pred Scholar
- 1.Murakami S. Continuum Damage Mechanics. Springer Dordrecht Heidelberg, London New York, 2012, 402 p. DOI: 10.1007/978-94-007-2666-6 2. Altenbach H., Gancazarski A. Advanced Theories for De- formation, Damage and Failure in Materials. Cham, Springer, 2023, 289 p. 3. Elias Ferreira S., Tupiassú Pinho de Castro J., Antonio Meggiolaro M. Using the strip-yield mechanics to model fatigue crack growth by damage accumulation ahead of the crack tip. In-ternational Journal of Fatigue, 2017, vol. 103, pp. 557-575. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2017.06.039 4. Elias Ferreira S., Tupiassú Pinho de Castro J., Antonio Meggiolaro M.Fatigue crack growth predictions based on damage accumulation ahead of the crack tip calculated by strip-yield pro-cedures. International Journal of Fatigue, 2018, vol. 115, pp. 89-106. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2018.03.001 5. Mishakin V., Gonchar A., Kurashkin K., Kachanov M. Prediction of fatigue life of metastable austenitic steel by a combi-16. Haghshenas A., Khonsari M.M. Damage Accumulation and Crack Initiation Detection Based on the Evolution of Surface Roughness Parameters. International Journal of Fatigue, 2017, vol. 107, pp. 130-144. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2017.10.009 7. Du W., Luo Y., Wang Y., Chen S., Yu D. A new energy- based method to evaluate low-cycle fatigue damage of AISI H11 at elevated temperature. Fatigue & Fracture of Engineering Mate-rials & Structures, 2017, vol. 40, pp. 994-1004. 8. Lykova A.V., Ilinikh A.V. Studying of accumulation dam-ages regularities under low cycle loading and cycle variable pa-rameters conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, no. 747, 012122. 9. Zhao P., Lu T.-Y., Gong J.-G., Xuan F.-Z., Berto F. A strain energy density based life prediction model for notched components in low cycle fatigue regime. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2021, vol. 193, 104458. DOI: 10.1016/j.ijppv.2021.104458 10. Lykova A.V., Il'inykh A.V., V.E. Prognozirovanie tsiklich-eskoi dol Scholar
Другие статьи выпуска
Весь выпуск (№ 5, 2024)- АНАЛИЗ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ АНТИФРИКЦИОННОГО КОМПОЗИТА ПЭИ/КУВ/ПТФЭ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРНОГО И ДЕФОРМАЦИОННОГО ФАКТОРОВ ДЕМПФИРОВАНИЯс. 5–13
- АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СЛОИСТО-ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ НАГРУЖЕНИИс. 14–26
- АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ В ТИТАНОВОМ СПЛАВЕ ВТ6 ПОСЛЕ ЛАЗЕРНОЙ УДАРНОЙ ПРОКОВКИс. 27–38
- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ СКОРОСТЕЙ ДЕФОРМАЦИИс. 39–51
- АВТОМОДЕЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТАДИЙНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ И СТЕПЕННЫЕ ЗАКОНЫ РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИНс. 69–81
- ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ТКАНЕВОГО УГЛЕПЛАСТИКА ПРИ УЛЬТРАМАЛОЦИКЛОВОМ РАСТЯЖЕНИИ ВДОЛЬ ОСНОВЫс. 82–90
- КОМПЛЕКС ИСПЫТАНИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ АДГЕЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙс. 91–105
- ОСТАТОЧНАЯ ПРОЧНОСТЬ И УСТАЛОСТНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СЛОИСТОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА В УСЛОВИЯХ СЖАТИЯ ПОСЛЕ УДАРАс. 106–119
- ЧИСЛЕННО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБОБЩЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОВРЕЖДЕННОЙ ВЯЗКОПЛАСТИЧНОЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ДОЛГОВЕЧНОСТИс. 120–131
- ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙс. 132–149