Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения

Предложена методика прогнозирования характеристик сопротивления усталости по результатам высокочастотных испытаний, в том числе на больших базах (до 10^10 цикл). Методика основана на модели усталостного разрушения, учитывающей частоту и асимметрию циклов нагрузки. Возможности методики проиллюстриров...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
Hauptverfasser:	Яковлева, Т.Ю., Матохнюк, Л.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2004
Schriftenreihe:	Проблемы прочности
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47108
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения / Т.Ю. Яковлева, Л.Е. Матохнюк // Проблемы прочности. — 2004. — № 4. — С. 145-155. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-47108
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-471082013-07-09T21:37:52Z Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е. Научно-технический раздел Предложена методика прогнозирования характеристик сопротивления усталости по результатам высокочастотных испытаний, в том числе на больших базах (до 10^10 цикл). Методика основана на модели усталостного разрушения, учитывающей частоту и асимметрию циклов нагрузки. Возможности методики проиллюстрированы на примерах испытаний гладких образцов и образцов с концентратором напряжений из различных материалов (сплавы на основе никеля, алюминия и титана). Показано, что результаты прогноза для разных частот нагружения (35...10000 Гц) и коэффициентов асимметрии циклов (—1... ...0,5) отличаются, как правило, не более чем на 10% от экспериментально полученных значений этих параметров. Запропоновано методику прогнозування характеристик опору утомі за результатами високочастотних випробувань, у тому числі на великих базах (до 10^10 цикл). Mетодика базується на моделі руйнування від утомленості з урахуванням частоти й асиметрії циклів навантаження. Mожливості методики проілюстровано на прикладах випробувань гладких зразків та зразків із концентратором напружень із різних матеріалів (сплави на основі нікелю, алюмінію та титану). Показано, що результати прогнозу для різних частот навантаження (35...10000 Гц) та коефіцієнтів асиметрії циклу (— 1 ...0,5), як правило, відрізняються від експериментальних значень не більше, ніж на 10%. We propose a technique for prediction of fatigue strength characteristics using the results of high-frequency tests including those with large number of cycles (up to 10^10 cycles). The proposed technique is based on the model of fatigue fracture, which takes into account the frequency and stress ratio of the loading cycles. The method applicability is illustrated by the examples of tests made on smooth and notched specimens produced from various materials (Ni-, Al- and Ti-based alloys). It is shown that the predictions made for various loading frequences (35 to 10,000 Hz) and stress ratios (—1 to 0.5) differ from the respective experimental results by no more than 10%. 2004 Article Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения / Т.Ю. Яковлева, Л.Е. Матохнюк // Проблемы прочности. — 2004. — № 4. — С. 145-155. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47108 620.178.3 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е. Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения Проблемы прочности
description	Предложена методика прогнозирования характеристик сопротивления усталости по результатам высокочастотных испытаний, в том числе на больших базах (до 10^10 цикл). Методика основана на модели усталостного разрушения, учитывающей частоту и асимметрию циклов нагрузки. Возможности методики проиллюстрированы на примерах испытаний гладких образцов и образцов с концентратором напряжений из различных материалов (сплавы на основе никеля, алюминия и титана). Показано, что результаты прогноза для разных частот нагружения (35...10000 Гц) и коэффициентов асимметрии циклов (—1... ...0,5) отличаются, как правило, не более чем на 10% от экспериментально полученных значений этих параметров.
format	Article
author	Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е.
author_facet	Яковлева, Т.Ю. Матохнюк, Л.Е.
author_sort	Яковлева, Т.Ю.
title	Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения
title_short	Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения
title_full	Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения
title_fullStr	Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения
title_full_unstemmed	Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения
title_sort	прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47108
citation_txt	Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения / Т.Ю. Яковлева, Л.Е. Матохнюк // Проблемы прочности. — 2004. — № 4. — С. 145-155. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Проблемы прочности
work_keys_str_mv	AT âkovlevatû prognozirovanieharakteristiksoprotivleniâustalostimetallovprirazličnyhčastotahnagruženiâ AT matohnûkle prognozirovanieharakteristiksoprotivleniâustalostimetallovprirazličnyhčastotahnagruženiâ
first_indexed	2025-07-04T06:45:48Z
last_indexed	2025-07-04T06:45:48Z
_version_	1836697832466153472
fulltext	УДК 620.178.3 Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения Т. Ю . Я ковлева, Л. Е. М атохнюк Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина Предложена методика прогнозирования характеристик сопротивления усталости по ре зультатам высокочастотных испытаний, в том числе на больших базах (до 1 0 10 цикл). Методика основана на модели усталостного разрушения, учитывающей частоту и асим метрию циклов нагрузки. Возможности методики проиллюстрированы на примерах испы таний гладких образцов и образцов с концентратором напряжений из различных мате риалов (сплавы на основе никеля, алюминия и титана). Показано, что результаты прогноза для разных частот нагружения (35...10000 Гц) и коэффициентов асимметрии циклов (—1... ...0,5) отличаются, как правило, не более чем на 10% от экспериментально полученных значений этих параметров. Ключевые слова : сопротивление усталости, предел выносливости, частота нагружения, коэффициент асимметрии циклов, коэффициент концентрации напряжений. Введение. Сопротивление усталости металлов при различных частотах нагружения является предметом исследований уже длительное время [1]. Однако скорости циклического деформирования как одному из важных эксплуатационных факторов не уделялось должного внимания, хотя она может оказывать существенное влияние на характеристики сопротивления усталости. Так, предел выносливости титанового сплава ПТ7М, имеющего довольно высокую пластичность, повышается на 40% при увеличении час тоты действующей нагрузки от 100 до 10000 Гц [2]. При этом изменений в механизмах накопления усталостных повреждений не наблюдается [3]. Изучение влияния частоты нагружения имеет большое научное и прак тическое значение. Высокочастотные испытания являются единственным реальным способом получения характеристик сопротивления усталости ма териалов на базах нагружения, превышающих 109... 1010 цикл. Такие испы тания необходимы для прогнозирования работоспособности изделий боль шого ресурса. В области долговечностей, превышающих общепринятые 7 8базы испытаний 10 ...10 цикл, может наблюдаться изменение механизмов усталостного разрушения некоторых материалов, и как следствие - резкое снижение сопротивления усталости [4, 5], что может приводить к разру шению конструкции. Тем не менее в соотношениях, описывающих резуль таты усталостных испытаний, частота нагружения присутствует очень редко. Обширные исследования структуры, формирующейся в процессе цикли ческого нагружения с различными частотами [6-11], послужили основой для разработки модели усталостного разрушения, позволяющей по результатам высокочастотных испытаний прогнозировать характеристики сопротивления усталости на более низких частотах. © Т. Ю. ЯКОВЛЕВА, Л. Е. МАТОХНЮК, 2004 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 145 Т. Ю. Яковлева, Л. Е. Матохнюк Уравнение кривой усталости. Результаты многочисленных экспери ментальных исследований [6] и детального анализа изменения физико-меха нических свойств и дислокационной структуры металлов [7-11] указывают на сохранение локального характера и последовательности структурных изменений в материале в диапазоне частот от десятков Гц до 10000 Гц. С учетом этого в аналитическом виде сформулирована физическая модель усталостного разрушения. Основное допущение модели заключается в пред ставлении области локальной пластической деформации частицей квази фазы, материал которой является сплошной средой. Геометрические разме ры и свойства указанной частицы (или частиц, если разрушение много очаговое) зависят от локального напряженного состояния, пластических и релаксационных свойств материала. В процессе циклического нагружения частицы квази-фазы развиваются и после определенного числа циклов при обретают критические свойства, становясь очагами усталостного разруше ния. В результате анализа условий энергетического баланса состояния мате риала квази-фазы для заданного критического числа циклов получено урав нение кривой усталости, в котором учтено влияние частоты нагружения и коэффициента асимметрии циклов о » = ( 1- + с Ш - (1> где К - коэффициент асимметрии циклов; к - коэффициент чувствитель ности материала к асимметрии циклов; а — - напряжения симметричных циклов, воздействие которых еще не вызывает усталостного разрушения при сколь угодно большом числе циклов нагрузки; а , Ь, с - параметры, зависящие от пластических и релаксационных свойств материала; / и N Рг - частота и число циклов до разрушения (долговечность) соответственно. Следует заметить, что уравнение (1), как и другие уравнения кривых уста лости, предусматривает сохранение основных механизмов накопления уста лостных повреждений во всем рассматриваемом диапазоне долговечности. Если в уравнении (1) зафиксировать значение частоты нагружения, при которой проводят испытания, получим уравнение кривой усталости о а — о а о + С а0 + 4 м і г ’ (2) т.е. уравнение с двумя параметрами, которые могут быть определены по результатам усталостных испытаний при двух уровнях нагрузки. Справед ливость этого уравнения была проверена на большом объеме эксперимен тальных данных по усталости металлических материалов различных классов - сплавов на основе алюминия, никеля, магния, титана, железа, нержа веющих сталей. Экспериментальная проверка применимости уравнения (1) для прогно зирования сопротивления усталости материала при различных частотах 146 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов нагружения была проведена для сплавов на основе алюминия (АМгбН, 01570), титана (ПТ7М) и никеля (ЭП202). М атериалы и методики испытаний. Механические свойства иссле дованных сплавов приведены в табл. 1. Т а б л и ц а 1 Механические свойства сплавов Сплав а в, МПа а0 2 , МПа д, % % ЭП202 1260 839 28,б 44,9 АМгбН 390 337 9,б 15,4 01570 420 354 8,7 14,6 ПТ7М 530 437 21,5 48,8 Усталостные испытания при всех частотах нагружения проводили на одинаковых образцах. Это обеспечивало сопоставимость результатов, полу чаемых на различных машинах для усталостных испытаний. Диаметр рабо чей части гладких цилиндрических образцов составлял 7 мм, длина - 50 мм. Образцы с концентратором напряжений имели такой же наружный диаметр и кольцевую выточку радиусом 0,35 мм (теоретический коэффициент кон центрации напряжений а = 2,7). Для усталостных испытаний с различными частотами нагружения при меняли следующие машины. Частота нагружения 35 Гц обеспечивалась машиной МИР-СТ с механическим силовозбудителем, более высокие часто ты - машинами резонансного типа. Для испытаний с частотами 50...300 Гц применяли мишину с электромагнитным возбудителем колебаний УРС-2, с частотами 500...600 Гц - машину на основе электродинамического вибро стенда, с частотами 3000 и 10000 Гц - машины с магнитострикционными преобразователями. Машины резонансного типа были снабжены устройст вами для обеспечения автоколебательного режима, которые поддерживали заданную амплитуду колебаний образцов, а соответственно и уровень на грузки с погрешностью, не превышающей 3% [12]. Результаты усталостных испытаний. Испытания сплава ЭП202 про водили при симметричных (Я = — 1) и асимметричных циклах (Я = 0 и 0,5) осевого нагружения на гладких образцах и образцах с концентратором напряжений. При симметричных циклах частоты нагружения составляли 35, 200, 3000 и 10000 Гц, при асимметричных циклах - 35, 200 и 10000 Гц. Несмотря на довольно высокую пластичность сплава, существенного само- разогрева образцов при испытаниях даже на частотах 10000 Гц не наблю далось, для поддержания теплового режима было достаточно охлаждения воздушной струей [13]. Результаты усталостных испытаний сплава ЭП202 приведены на рис. 1. С увеличением значения / во всем исследованном диапазоне частот и коэф фициентов асимметрии циклов отмечается монотонное повышение пределов выносливости на одинаковой базе испытаний - в данном случае 2-10 цикл. При асимметричных циклах такое повышение менее существенно как в абсолютном, так и относительном выражении. ІББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 147 Т. Ю. Яковлева, Л. Е. Матохнюк ои. МПа a <TU, МПа СГ„, МПа в Рис. 1. Результаты усталостных испытаний и прогнозируемые кривые усталости для спла ва ЭП202 при частоте нагружения 10000 Гц (1, 4), 200 Гц (2, 5) и 35 Гц (3, б): 1-3, темные точки - гладкие образцы; 4-6, светлые точки - образцы с концентратором напряжений. (Здесь и на рис. 2: а - R = —1; б - R = 0; в - R = 0,5.) Алюминиевый сплав АМгбН испытывали также при симметричных и асимметричных циклах. Размеры образцов были такими же, как и в случае испытаний сплава ЭП202 [14]. При симметричных циклах частоты нагру жения составляли 35, 200, 500, 3000 и 10000 Гц для гладких образцов и 35, 200, 500 и 10000 Гц для образцов с концентратором напряжений. Для полу чения надежных данных по усталости гладких образцов при частоте нагру жения 3000 Гц испытывали по 7-14 образцов на трех уровнях напряжений. В случае асимметричных циклов (Я = 0 и 0,5) гладкие образцы и образцы с концентратором напряжений испытывали при частотах нагружения 35, 200 и 10000 Гц. Результаты усталостных испытаний приведены на рис. 2. Большое количество использованных промежуточных частот подтверждает монотон ность увеличения предела выносливости сплава с повышением частоты нагружения. В абсолютном выражении увеличение пределов выносливости гладких образцов больше, чем образцов с концентратором напряжений, при их сравнении на одной выбранной базе нагружения, например, 2-10 цикл. В то же время относительное изменение пределов выносливости при увели чении частоты нагружения составляет 44% для гладких образцов и 42% для образцов с концентратором, т.е. относительное влияние частоты нагружения на сопротивление усталости одинаково. 148 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2004, № 4 Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов <Уа, МПа а <Уа , МПа (Та, МПа б в Рис. 2. Результаты усталостных испытаний и прогнозируемые кривые усталости для сплава АМгбН при частоте нагружения 10000 Гц (1, 4), 200 Гц (2, 5), 35 Гц (3, 6) 3000 Гц (7) и 500 Гц (8, 9): 1-3, 7, 8, темные точки - гладкие образцы; 4-6, 9, светлые точки - образцы с концентратором напряжений. При асимметрии циклов сопротивление усталости сплава монотонно уменьшается с ростом величины среднего напряжения, что выражается в существенном снижении наклона кривых усталости при Я = 0,5 (рис. 2,б,в). Это может быть связано с тем, что в данном случае максимальные напря жения в цикле с учетом статической составляющей близки к пределу теку чести сплава АМгбН. С увеличением коэффициента асимметрии циклов чувствительность сплава к концентрации напряжений уменьшается. Так, в случае испытаний с частотой 200 Гц эффективный коэффициент концентра ции напряжений К а уменьшается на 20% при изменении коэффициента асимметрии циклов от — 1 до 0,5. Аналогичная картина наблюдается при испытаниях на других частотах. Сравнение коэффициентов К а , вычислен ных для низких и высоких частот нагружения при каждом из значений Я, показывает, что К а не зависит от частоты нагружения как в условиях симметричного, так и асимметричного нагружения. Алюминиевый сплав 01570 испытывали при симметричных циклах осевого растяжения-сжатия с частотами 35, 3000 и 10000 Гц. Использовали гладкие образцы, размеры которых были такими же, как и в случае испы таний сплава ЭП202. Результаты испытаний приведены на рис. 3. Как следует из приведенных данных, частота нагружения существенно влияет на сопротивление усталости сплава; монотонно возрастающая частотная зави симость пределов выносливости на базе 2-10 цикл в диапазоне 35...10000 Гц близка к аналогичной зависимости для сплава АМгбН, поскольку близки значения усталостных характеристик этих сплавов. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 149 Т. Ю. Яковлева, Л. Е. Матохнюк Низколегированный а-сплав титана ПТ7М применяется в основном для производства горячекатаных, холоднодеформированных и особо тонких труб [15]. Образцы для испытаний были такими же, как и применявшиеся в предыдущих экспериментах. Заготовки для них вырезали из прутков диамет ром 110 мм вдоль их оси и отжигали при температуре 750оС в течение 2 ч. Для оценки влияния частоты нагружения на сопротивление усталости испытывали гладкие образцы при частотах около 50, 300, 3000 и 10000 Гц. База испытаний на всех частотах, кроме 10000 Гц, составляла 5-10 цикл, на частоте 10000 Гц - 10 цикл. Охлаждение водой применяли при испыта ниях на всех частотах, чтобы устранить саморазогрев в случае высокочастот ного нагружения и обеспечить сопоставимые условия испытаний. Результаты усталостных испытаний сплава ПТ7М приведены на рис. 4. Как и при испытаниях других сплавов, наблюдается аналогична законо мерность - монотонное увеличение циклической долговечности с повы шением частоты нагружения. Следует отметить, что разрушение образцов при испытаниях с частотой 10000 Гц происходит даже при числе циклов, равном 5 -109. <7а, МПа 350 300 250 200 \ " : ’ . . ч \ • . 1 # / 2 ’ * . • ■ ■ 'Х -- Л. / ъ 4 *3- 2 1 0 103 10° Рис. 3 10' Рис. 4 Ю8 10 N , цикл Рис. 3. Результаты усталостных испытаний и прогнозируемые кривые усталости сплава 01570 при Я = —1 и различной частоте нагружения: 1 - I = 10000 Гц; 2 - I = 3000 Гц; 3 - I = 35 Гц. Рис. 4. Результаты усталостных испытаний и прогнозируемые кривые усталости сплава ПТ7М при Я = —1 и различной частоте нагружения: 1 - I = 10000 Гц; 2 - I = 3000 Гц; 3 - I = 300 Гц; 4 - I = 500 Гц. Прогнозирование кривы х усталости и их сопоставление с результа тами испытаний. Положение кривых усталости при различных частотах нагружения представляется возможным прогнозировать, используя уравне ние (1) и данные испытаний на одной из частот в выбранном диапазоне. Наибольший интерес представляет прогнозирование кривых усталости по результатам испытаний при высокочастотном нагружении. Такие испытания позволяют получать сведения о сопротивлении усталости за довольно корот кое время. Так, для получения данных по усталости при нагружении образца с частотой 10000 Гц на базе 109 цикл необходимо всего 28 ч. Поэтому, используя данные испытаний при высокочастотном нагружении, можно 150 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов построить кривую усталости в широком диапазоне циклов - от 105 до 109... ...1010 и установить, не изменяется ли механизм разрушения материала в области больших долговечностей и могут ли результаты усталостных испы таний быть описаны единой кривой либо ее необходимо разбивать на участки как в случаях, описанных в работах [4, 5]. Процедура прогнозирования кривых усталости по результатам высоко частотных испытаний состоит в следующем. На одной частоте нагружения, являющейся верхней границей диапазона, проводят усталостные испытания в условиях, идентичных тем, при которых будет проводиться прогнозирование положения кривой усталости при низ ких частотах. Они включают размеры и форму образцов, наличие или отсут ствие концентратора напряжений, температуру испытаний, характер окру жающей среды, величину коэффициента асимметрии циклов. База нагруже ния должна быть не меньше базы, на которую осуществляется прогноз. Чтобы получить коэффициенты уравнения (1), используем любую мате матическую программу, которая позволяет по табличным значениям аргу мента и функции, т.е. по экспериментальным точкам, построить график функциональной зависимости заданного вида. Таким образом, с помощью экспериментальных данных и функции заданного вида получаем и решаем систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными. Точность вычислен ных значений слагаемого о _ 1 , коэффициентов а , Ь, с и, следовательно, точность прогноза зависят от уровня рассеяния результатов эксперимента. Особенно это относится к величине <7_1 (циклический предел упругости при / ■+ 0). Подставив в (1) полученные величины о _ 1 , а, Ь, с и значение частоты, для которой осуществляем прогнозирование, приводим (1) к виду (2), т.е. рассчитываем о а0 и С в (2). Для двух произвольных значений долговеч ности N ргх N Рг2 и известных коэффициентов о а0, С рассчитываем о а1, о а2 ,т.е. получаем две точки о а1(N Fr1) и о а2( N Рг2), которые задают форму и положение прогнозируемой кривой усталости. Задавая две пары значений N РгХ _ о а1 , N Рг2 _ о а2 и используя урав нение (2) и ту же программу, что и для расчета коэффициентов, получаем прогнозируемую кривую усталости. В качестве иллюстрации возможностей изложенной методики рассмот рим результаты прогнозирования для исследованных сплавов и сравним их с экспериментальными данными. В табл. 2 приведены коэффициенты уравнения (1), определенные по экспериментальным данным для частоты нагружения 10000 Гц, а также рассчитанные по ним коэффициенты уравнения (2) для прогнозируемых частот нагружения каждого материала. На рис. 1-4 представлены кривые усталости при высокочастотном нагружении (пунктирные линии), по кото рым прогнозируются кривые усталости при низкочастотном нагружении (сплошные линии). П Результаты сравнения расчета с экспериментом на базе 2-10 цикл, которую обеспечивали для всех частот нагружения, приведены в табл. 2, где о а и о а - значения предела выносливости, полученные по прогнози руемой и экспериментальной кривым усталости соответственно. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 151 152 N 0556-171Х. Проблемы прочност и, 2004, № 4 Т а б л и ц а 2 Параметры уравнений кривой усталости и сопоставление расчетных а % и экспериментальных в 3а значений предела выносливости на базе N = 2 • 107 цикл Материал Образец Л / , Гц Эксперимент (уравнение (1 )) Прогноз (уравнение (2 )) Предел выносли вости _э °а °а °а % № кривой на рис. 1-4 а -1> МПа а, МПа л/Гц ь , с, ° а 0 > МПа С, МПа лІТц ° 1 , МПа _ Э и •> МПаМПад/ цикл цикл МПа., ------ V Гц 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 13 14 ЭП202 Гладкий - 1 1 0 0 0 0 285 0,8053298 70873,453 708,87041 1 ,а, 1 2 0 0 296 80898 314 337 6 , 8 1 ,а, 2 35 290 75067 306 301 1,7 1 ,а, 3 0 1 0 0 0 0 190 0,4847433 65342,201 652,50458 1 ,6 , 1 2 0 0 197 74570 214 230 6,9 1 ,6 , 2 35 193 69202 208 228 8 , 8 1 ,6 , 3 0,5 1 0 0 0 0 140 0,2890810 26027,158 259,87230 1 ,в, 1 2 0 0 144 29702 151 154 1,9 1 ,е, 2 35 142 27565 148 141 5,0 1 ,е, 3 С - 1 1 0 0 0 0 2 0 0 0,7178480 56956,011 572,10140 1 ,а, 4 концент 2 0 0 2 1 0 65047 225 237 5Д 1 ,а, 5 ратором 35 204 60341 217 231 6 , 1 1 ,а, б 0 1 0 0 0 0 170 0,1207727 32520,965 326,33215 1,6, 4 2 0 0 172 37136 180 192 6,3 1,6, 5 35 171 34451 178 177 0 , 6 1 ,6 , 6 0,5 1 0 0 0 0 1 2 0 0,1345279 17467,427 176,03598 1 ,е, 4 2 0 0 1 2 2 19956 126 127 0 , 8 1 ,е, 5 35 1 2 1 18508 125 119 5,0 1 ,в, 6 Т. Ю . Яковлева, Л. Е. М ат охню к ТЗіХЛҐ 0556-17IX. Проблемы прочност и, 2004, N2 4 153 продолжение табл. 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 АМгбН Гладкий -1 10000 110 0,3967292 11869,1860 119,636920 2 .а. 1 3000 132 18419 137 142 3,5 2.а. 7 500 119 14543 122 126 3,2 2,а, 8 200 116 13560 118,69 119,00 0,03 2.а. 2 35 112 12601 115 114 1,0 2.а. 3 0 10000 70 0,2811447 12625,9590 127,221180 2,6, 1 200 74 14425 77 82 6,1 2,6, 2 35 72 13379 75 85 11,8 2,6, 3 0,5 10000 54 0,1351722 6447,8271 65,406588 2.в. 1 200 56 7373 58 56 3,6 2.в. 2 35 54 6835 56 55 1,8 2.в. 3 С концент -1 10000 43 0,1725438 9106,4362 92,049877 2,а, 4 ратором 500 47 11165 49 50 2,0 2,а, 9 200 45 10408 48 45 6,7 2,а, 5 35 44 9650 46 41 12,2 2,а, 6 0 10000 35 0,0735573 6665,7216 67,633985 2,6, 4 200 36 7622 38 36 5,5 2,6, 5 35 35 7066 37,0 37,3 0,8 2,6, 6 0,5 10000 30 0,0208620 5581,9263 56,799971 2.в. 4 200 30,3 6385 32 31 3,2 2.в. 5 35 30,1 5818 31,0 30,6 1,3 2.6. 6 01570 Гладкий -1 10000 106 0,3677213 13216,3010 133,47954 3, 1 3000 126 20527 126 133 5,3 3, 2 35 108 14006 111 117 1,7 3, 3 ПТ7М Гладкий -1 10000 219 0,9927406 9492,5189 96,258469 4, 1 3000 273 14764 272 276 1,4 4, 2 300 236 11159 239 249 4,0 4, 3 50 226 10172 228 243 6,1 4, 4 П рогнозирование характ ерист ик сопрот ивления уст алост и металлов . T. Ю. Яковлева, Л. E. Mатоxнюк Расхождение между данными расчета и эксперимента всего в двух случаях из 32 превышает 10% (максимум 12,2%), что вполне приемлемо для усталостных испытаний. Заключение. На основании анализа изменения физико-механических свойств и дислокационной структуры материала, подвергающегося цикли ческим нагрузкам, предложено уравнение кривой усталости, учитывающее влияние частоты и асимметрии циклов. Предложенное уравнение может использоваться для прогнозирования характеристик сопротивления усталос ти при различных частотах нагружения по результатам высокочастотных испытаний. Его применимость была проиллюстрирована на примере сплава на никелевой основе ЭП202, алюминиевых сплавов AMrôH и 01570, тита нового сплава ПT7M. Гладкие образцы и образцы с концентратором напря жений из этих материалов были испытаны при симметричных и асиммет ричных циклах нагружения в диапазоне частот от 35...50 до 10000 Гц. Р е з ю м е Запропоновано методику прогнозування характеристик опору утомі за ре зультатами високочастотних випробувань, у тому числі на великих базах (до 1010 цикл). Mетодика базується на моделі руйнування від утомленості з урахуванням частоти й асиметрії циклів навантаження. Mожливості мето дики проілюстровано на прикладах випробувань гладких зразків та зразків із концентратором напружень із різних матеріалів (сплави на основі нікелю, алюмінію та титану). Показано, що результати прогнозу для різних частот навантаження (35...10000 Гц) та коефіцієнтів асиметрії циклу (— 1 ...0,5), як правило, відрізняються від експериментальних значень не більше, ніж на 10%. 1. Jenkin C. F. High frequency fatigue tests // Proc. Roy. Soc. - 1925. - 109, No. 749. - P. 119 - 143. 2. Mатоxнюк Л. E., Васинюк И. M., Войналович A. B., Соколинский A. Б. Применение методов высокочастотного нагружения для прогнозиро вания долговечности материалов на больших базах // Пробл. прочности. - 1988. - № 3. - C. 58 - 63. 3. Mатоxнюк Л. E., Bойналович A. B., Яковлева T. Ю., Mикишев A. A. Влияние наводороживания на сопротивление усталости титанового сплава HT7M // Tам же. - № 8. - C. 70 - 75. 4. Wang Q. Y., Berard Y. Y., Dubarre A., et al. Gigacycle fatigue of ferrous alloys // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. - 1999. - 22. - P. 667 - 672. 5. Shiozawa K., Lu L., and Ishihara S. S — N curve characteristics and substructure crack of a high carbon - chromium bearing steel // Ibid. - 2001. - 24. - P. 781 - 790. 6. MатоxнюкЛ. E. Ускоренные усталостные испытания высокочастотным нагружением. - Киев: Наук. думка, 1988. - 200 с. 154 ISSN Ü556-171X. Проблемы прочности, 2ÜÜ4, № 4 Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов 7. Яковлева Т. Ю , Матохнюк Л. Е. Оценка деградации структуры метал лических материалов методом Фурье-анализа // Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций: Тр. конф. - Киев: Изд. Ин-та пробл. прочности НАН Украины. - 2000. - 1. - С. 193 - 197. 8. Яковлева Т. Ю. Дислокационная структура титанового сплава ВТ22 в условиях циклического нагружения с различными частотами // Пробл. прочности. - 2000. - № 4. - С. 33 - 44. 9. Яковлева Т. Ю. Взаимосвязь микромеханизмов структурной перестрой ки титанового сплава ВТ18У в процессе усталостного нагружения // Там же. - № 6. - С. 73 - 83. 10. Матохнюк Л. Е., Войналович А. В., Яковлева Т. Ю. Сопротивление усталости материалов на больших базах нагружения // Завод. лаб. - 2004. - № 4. - С. 52 - 56. 11. Яковлева Т.Ю ., Войналович О. В., Матохнюк Л. Є. Особливості форму вання дислокаційної структури нікелевого сплаву за дії циклічного навантажування // Металознавство та обробка металів. - 2001. - № 4. - С. 19 - 25. 12. Кузьменко В. А., Васинюк И. М., Крук Б. 3. Многоцикловая усталость при переменных амплитудах нагружения. - Киев: Наук. думка, 1986. - 264 с. 13. Войналович А. В., Кофто Д. Г., Матохнюк Л. Е., Хляпов А. А. Влияние асимметрии цикла нагружения на сопротивление усталости сплавов ЭП202 и ВНС-25 при разных частотах нагружения // Пробл. прочности. - 1990. - № 8. - С. 84 - 89. 14. Яковлева Т. Ю., Войналович О. В., Матохнюк Л. Є. Структурні зміни у сплаві АМгбН за дії високочастотного асиметричного навантажування // Металознавство та обробка металів. - 2000. - № 4. - С. 1 2 - 1 9 . 15. Титановые сплавы в машиностроении / Под ред. Г. И. Капырина. - М.: Машиностроение, 1980. - 248 с. Поступила 30. 08. 2003 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 155

Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения

Institution

Ähnliche Einträge