АВТОМОДЕЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ОЦЕНКА РЕСУРСА СПЛАВОВ АВИАЦИОННОГО МОТОРОСТРОЕНИЯ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ УДАРНО-ВОЛНОВОМ И УСТАЛОСТНОМ НАГРУЖЕНИИ

Сведения об авторах
  • Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Российская Федерация
  • Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Российская Федерация
  • Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Российская Федерация
  • Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Российская Федерация
  • Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Российская Федерация
  • Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Российская Федерация

Аннотация

Обсуждаются критерии оптимизации режимов ударно-волновой обработки для повышения усталостного ресурса сплавов авиационного моторостроения, основанные на учете автомодельности пластических волновых фронтов и кинетики роста усталостных трещин. Показано, что закономерности автомодельности, отраженные в степенных зависимостях структурированных волновых фронтов при амплитудах ударного импульса 1–10 ГПа и скоростях деформации 10[5]–10[6] с[-1], соответствуют «инвариантам действия», определяющим диссипативные свойства (stored energy) материалов, обусловленные многомасштабным развитием дефектов. Показана связь волновых «инвариантов действия» с инвариантными параметрами, характеризующими степенную кинетику развития усталостных трещин. Исследована связь структурных масштабов материала с «инвариантами действия». Количественный трактофафический анализ с использованием данных интерферометрии поверхностей разрушения позволил идентификацию структурных масштабов для определения «инвариантов действия», определяющих кинетику развития усталостных трещин в материалах после удара-волновой обработки. Развиты методические основы исследования поведения материалов при последовательных ударно-волновых и усталостных воздействиях, позволяющие оптимизацию процессов ударно-волновой проковки (LSP – Laser Shock Peening) для обеспечения максимального усталостного ресурса. Применительно к LSP-обработкам материалов авиационного моторостроения показана необходимость реализации полного исследовательского цикла, включающего: – проведение эксперимента для преломовного нагружения для получения стандартных образцов с параметрами нагружения, прогнозируемыми для режимов LSP; – проведение стандартных усталостных испытаний на образцах, подвергнутых ударно-волновому нагружению, в сочетании с методами структурного анализа; – обоснование моделей, описывающих структурированные волновые фронты, для исследования LSP воздействия и кинетики развития усталостных трещин с последующим изучением влияния этого воздействия на усталостные свойства на основе прогнозируемых режимов LSP по данным модельных экспериментов, результатов структурного анализа; использование «инвариантов действия» в качестве параметров оптимизации режимов LSP.

Ключевые слова

лазерная проковкаволновые фронтыкинетика усталостных трещининварианты действияавтомодельностьпромежуточная асимптотикаинтерферометрия VISARповерхность разрушенияколичественная трактофагия.

Литература

  1. 1.Fatigue crack nucleation and growth rate behavior of laser shock peneed titanium / J.J. Ruschau, R. John, S.R. Thompson, T. Nicholas // Int. J. Fatigue. – 1999. – No. 21. – P. 199–S209. DOI: 10.1016/S0142-1123(99)00072-9 Scholar
  2. 2.Laser Shock Peening and its Applications: A Review / R. Sundar, P. Ganesh, R.K. Gupta, G. Ragvendra, B.K. Pant, V. Kain, K. Ranganathan, R. Kaul, K.S. Bindra // Lasers in Manufacturing and Materials Processing. – 2019. – No 6. – P. 424–463. DOI: 10.1007/s40516-019-00098-8 Scholar
  3. 3.Nicolas, T. Critical issues in high cycle fatigue / T. Nicolas // International Journal of Fatigue. – 1999. – No. 21. – P. 221–231. Scholar
  4. 4.Peters, J.O. Influence of foreign object damage on crack initiation and early crack growth during high-cycle fatigue of Ti-6Al-4V / J.O. Peters, R.O. Ritchie // Eng. Fract. Mech. – 2000. – Vol. 67. – P. 193–207. Scholar
  5. 5.Asay, J.R. The use of shock-structure methods for evaluating high-pressure material properties / J.R. Asay // Int. J. Impact Engng. – 1997. – Vol. 20. – P. 27–61. Scholar
  6. 6.Chen, Xi. Foreign object damage on the leading edge of a thin blade / Xi Chen // Mechanics of Materials. – 2005. – Vol. 37. – P. 447–457. Scholar
  7. 7.Qi, S. Numerical investigation on spall fracture in a metallic material caused by laser shock peening / S. Qi, H. Bao, Y. Shen // Materials Today Communications. – 2022. – No. 33. – P. 104343. Scholar
  8. 8.Behavior of Zr–1Nb alloy in coarse- and ultrafine-grain states under laser-induced shock wave loading / D. Ledon, A. Balakhnin, S. Uvarov, I. Bannikova, Yu. Bayandin, O. Naimark // Fracture and Structural Integrity. – 2023. – Vol. 17, no. 66. – P. 164–177. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.66.10 Scholar
  9. 9.Towards the ultimate strength of iron: spalling through laser shock / G. Righi, C.J. Ruestes, C.V. Stan, S.J. Ali, R.E. Rudd, M. Kawasaki, H.-S. Park, M.A. Meyers // Acta Mater. – 2021. – Vol. 215. – P. 117072. DOI: 10.1016/j.actamat Scholar
  10. 10.Spallation damage of 90W-Ni-Fe alloy under laser-induced plasma shock wave / I. Zhang, Y. Huang, H. Shu, B. Chen, X. Chen, Y. Ma, W. Liu // J. Mater. Res. Technol. – 2022. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.01.090 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 5, 2025)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
17.12.2025
В выпуске
17.12.2025
Выпуск
№ 5 (2025)
Поделиться