К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния
Проведена экспериментальная оценка долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния с использованием деформационно- кинетического критерия. Проведено експериментальне обгрунтування оцінки довговічності високоміцних матеріалів при циклічн...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48374 |
| 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: | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния / Ф.Ф. Гигиняк, Т.Н. Можаровская, П.А. Булах // Проблемы прочности. — 2009. — № 2. — С. 139-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859714608806232064 |
|---|---|
| author | Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Булах, П.А. |
| author_facet | Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Булах, П.А. |
| citation_txt | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния / Ф.Ф. Гигиняк, Т.Н. Можаровская, П.А. Булах // Проблемы прочности. — 2009. — № 2. — С. 139-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Проведена экспериментальная оценка долговечности высокопрочных материалов при циклическом
нагружении в условиях сложного напряженного состояния с использованием деформационно-
кинетического критерия.
Проведено експериментальне обгрунтування оцінки довговічності високоміцних
матеріалів при циклічному навантаженні в умовах складного напруженого
стану з використанням деформаційно-кінетичного критерію.
The life of high-strength materials under cyclic
loading in the multiaxial stress state is experimentally
estimated using the deformation-kinetic
criterion.
|
| first_indexed | 2025-12-01T07:56:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.4
К оценке долговечности высокопрочных материалов при
циклическом нагружении в условиях сложного напряженного
состояния
Ф . Ф . Г иги няк, Т. Н . М ож ар овская , П . А . Б улах
Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
Проведена экспериментальная оценка долговечности высокопрочных материалов при цикли
ческом нагружении в условиях сложного напряженного состояния с использованием дефор
мационно-кинетического критерия.
К л ю ч е в ы е с л о в а : высокопрочные материалы, циклическое нагружение, слож
ное напряженное состояние.
В ведение. Результаты исследований вязкопластических свойств титано
вых сплавов и сталей при циклическом нагружении [1, 2] показывают, что
оценка их долговечности должна выполняться с учетом кинетики направлен
ного пластического деформирования. Одним из оптимальных вариантов рас
чета долговечности может быть расчет с использованием деформационно
кинетического критерия, разработанного в Институте проблем прочности
им. Г. С. Писаренко НАН Украины [3]:
Шъ =
С '
а ( а I тах а ш)
Ъ+1 , (1)
где С ' - параметр деформационных свойств материала и вида напряженного
состояния, определяемый согласно [4] из условия потери устойчивости
пластического деформирования при ступенчатом циклическом нагружении;
а ;тах - максимальная интенсивность напряжений цикла; о 1п - напряжение
перехода от разрушения по механизму усталости к квазистатическому разру
шению, определяемое из условия потери устойчивости пластического дефор
мирования; при этом уравнение обобщ енной кривой о э (е I ) заменяется
уравнением равновесной квазистатической кривой о эравн(е { ); а , Ъ - конс
танты материала для конкретных условий, определяемые из опытов при
ступенчатом циклическом нагружении или по результатам двух экспери
ментов в условиях одноосного пульсирующего растяжения.
Цель настоящего исследования заключается в экспериментальном о бос
новании применимости критерия вида (1) для расчетов долговечности высоко
прочных титановых сплавов ВТ6С, ВТ20 и стали ВНС-25.
М етоды , результаты исследований и их обсуж дение. Испытания про
водили на тонкостенных трубчатых образцах из стали ВНС-25 и титановых
сплавов ВТ6С и ВТ20 при температуре 20оС на стенде СНТ-8У по методике,
подробно описанной в [5]. В экспериментах реализовывали одноосное (К =
= о 2/ а д = те) и двухосное (К = 0,5) пульсирующее растяжение.
© Ф. Ф. ГИГИНЯК, Т. Н. МОЖАРОВСКАЯ, П. А. БУЛАХ, 2009
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 2 139
Ф. Ф. Гигиняк, Т. Н. Можаровская, П. А. Булах
0,5 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 5200 5600 6000 7600 8000 Л/, цикл
Рис. 1. Кривые циклической ползучести стали ВНС-25 (сплошные линии) и титановых сплавов
ВТ20 (штриховые линии), ВТ6С (штрихпунктирные линии) при сложном напряженном состоя
нии. Здесь и на рис. 2: О - К =о>; А - К = 0,5.
Анализ полученных кривых ползучести исследуемых материалов свиде
тельствует о том, что вид напряженного состояния оказывает влияние на
процессы циклической ползучести (рис. 1).
Так, при К = 0,5 сущ ественно сокращаются участки установившейся
ползучести по сравнению с такими же участками при одноосном пульси
рующ ем растяжении. При этом о продолжительности участков ускоренной
ползучести при неравномерном двухосном растяжении судить сложно, по
скольку методика испытаний не всегда позволяет с необходимой точностью
регистрировать деформации, которые соответствуют разрушению, в связи с
их локализацией.
Квазистатическое разрушение наступает по достижении интенсивностью
пластической деформации уровня, который соответствует уровню интенсив
ности остаточной деформации, определенной после разрушения при одно
кратном нагружении для данного вида напряженного состояния. При пере
ходе в область усталостного разрушения величины накопленных деформаций
исследуемых материалов при различных соотнош ениях главных напряжений
сущ ественно уменьшаются.
Характерные особенности кривых ползучести полностью коррелируют с
изменениями кривых малоцикловой усталости, построенны х в координатах
относительная интенсивность ( о {та^ / о ь ) - число циклов ( ) , где о , N ь -
соответственно интенсивность напряжений и число циклов, соответствующие
разрушению образца в условиях однократного нагружения (рис. 2 ).
Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о су
щ ественном влиянии вида напряженного состояния на процессы циклической
ползучести, начиная с установившейся стадии, т.е. с момента перехода к
потере устойчивости пластического деформирования. Следует отметить, что
в условиях квазистатического разрушения для одинаковых уровней макси
мальной интенсивности напряжений цикла исчерпание долговечности при
двухосном растяжении наступает раньше, чем при одноосном. О собенности
характера разрушения образцов исследуемых материалов при пульсирующем
нагружении в условиях сложного напряженного состояния обусловлены влия-
140 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 2
К оценке долговечности высокопрочных материалов
0,9
0,8
0,7
\ 0,9
0,8
0,7
' — -
%
0,5 10° 10 102 103 Nb,цикл 0,5 10° 10 102 1 03 Nb,цикл
Рис. 2. Кривые малоцикловой усталости стали ВНС-25 (а) и титановых сплавов ВТ20 (б),
ВТ6С (в) при сложном напряженном состоянии.
ib ib
в
нием вида напряженного состояния. Так, при соотнош ении главных напря
жений K = & магистральная трещ ина развивается перпендикулярно оси
образца, при K = 0,5 - вдоль образующ ей. Разрушение по квазистатическому
механизму происходит по плоскостям действия максимальных касательных
напряжений (под углом 45° к поверхности образца).
Возвращаясь к расчетам долговечности исследуемых сплавов, остано
вимся подробнее на методах определения некоторых параметров расчетной
зависимости ( 1).
Известно [4], что значения параметра C'i в критерии (1) для различных
видов напряженного состояния должны коррелировать с величинами пара
метра C p , полученными при однократном нагружении с использованием
условия потери устойчивости процесса пластического деформирования. Отме
ченная закономерность характеризуется тем, что стадия установившейся ползу
чести при циклическом нагружении в случае квазистатического разрушения
определяется условием самокомпенсации снижения несущ ей способности
объекта испытаний (образца), связанной с его деформированием, при одно
временном деформационном упрочнении материала. Сравнение расчетных зна
чений C'j (таблица) с полученными экспериментально свидетельствует о
хорошем их соответствии (рис. 3).
Поскольку разруш ение носило квазистатический характер, с учетом
упруговязкопластической модели [6- 8 ] можно принять, что установившаяся
скорость циклической ползучести определяется значением максимального
напряжения цикла a i max, превышающим величину напряжения перехода а п .
Тогда для пульсирующего растяжения имеем
̂i min = k i ( а i max ~ а in ) (2)
или с учетом представленной в [ 1, 2 ] зависимости
k \ ( а * ) = a( а * ) b (3 )
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 2 141
Ф. Ф. Гигиняк, Т. Н. Можароеская, П. А. Булах
получаем
^ i min _ a (^ imax ~ ^ in) • (4 )
Изложенный выше подход позволяет на основе ограниченного объема
относительно простых базовых опытов в условиях одноосного пульсирующе
го растяжения при ступенчатом повышении напряжения рассчитать долго
вечность для различных видов напряженного состояния в условиях цикли
ческого нагружения, когда реализуется квазистатическое разруш ение. На
рис. 4 для сравнения представлены расчетные значения долговечности по
уравнению (1) и экспериментальные данные. Видно, что соотнош ение (1)
можно использовать для расчета долговечности исследованных высокопроч
ных материалов при пульсирующем нагружении в условиях сложного напря
женного состояния.
Усредненные значения параметра
Материал C !,%
K = » ,5IIK
ВНС-25 0,380 0,0762
ВТ6С 0,126 0,2180
ВТ20 0,076 0,0297
О 0,2 0,4 0,6 0,8 (С-/С 'р),ксп 10 102 Ю3 Л̂эксп, ЦИКЛ
Рис. 3 Рис. 4
Рис. 3. Сравнение относительных расчетных значений параметра С', характеризующих де
формацию установившейся ползучести, с экспериментальными для высокопрочных мате
риалов ВНС-25 (О), ВТ20 (□), ВТ6С (А).
Рис. 4. Сопоставление расчетных значений долговечности по зависимости (1) с эксперимен
тальными в условиях одноосного (светлые точки) и двухосного (темные точки) пульси
рующего растяжения для высокопрочных материалов ВНС-25 (О, • ) , ВТ20 (□, ■), ВТ6С (А,
А).
Заклю чение. Выполненные исследования позволяют экспериментально
обосновать возможность применения предложенных ранее разработок по
расчетам долговечности для широкого круга конструкционных материалов
различных классов.
142 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 2
К оценке долговечности высокопрочных материалов
Р е з ю м е
П роведено експериментальне обгрунтування оцінки довговічності високоміц
них матеріалів при циклічному навантаженні в умовах складного напруже
ного стану з використанням деформаційно-кінетичного критерію.
1. Гиги няк Ф. Ф ., М о ж а р о вск а я Т. Н ,, Б аш т а В. В. Оценка вязкопласти
ческих свойств титановых сплавов // Пробл. прочности. - 2005. - № 3. -
С. 37 - 44.
2. Гиги няк Ф. Ф., М о ж а р о вск а я Т .Н ., Б улах П. А . Оценка вязкопластичес
ких свойств высокопрочной стали ВНС-25 при сложном напряженном
состоянии // Там же. - 2007. - № 6. - С. 122 - 127.
3. Ш кодзи нский О. К ., Л е б е д е в А. А., Г иги няк Ф. Ф. К оценке долговеч
ности теплоустойчивых сталей при пульсирующем мягком нагружении в
условиях сложного напряженного состояния // Там же. - 1989. - № 5. -
С. 32 - 37.
4. Гиги няк Ф. Ф ., Ш кодзи нский О. К., Л е б е д е в А. А., Т им оф еев Б. Т. О
потере устойчивости процесса пластического деформирования при слож
ном напряженном состоянии // Там же. - 1991. - № 10. - С. 3 - 8.
5. Г иги няк Ф. Ф , Ш кодзи нский О. К ., Ф едо р о в Р. К . и др . Автоматизиро
ванный стенд для испытаний конструкционных материалов в условиях
сложного напряженного состояния // Там же. - С. 70 - 74.
6. Г иги няк Ф. Ф ., Л е б е д е в А. А ., Ш кодзи нский О. К . М етод оценки долго
вечности конструкционных сталей в условиях пульсирующего нагру
жения при сложном напряженном состоянии // XXII В сесою з. науч.
совещ. по проблемам прочности двигателей: Тез. докл. - М.: ЦИАМ,
1988. - С. 65.
7. Г иги няк Ф. Ф., Ш кодзи нский О. К., Т им оф еев Б. Т. и др . Характеристики
вязкопластичности теплоустойчивых сталей при сложном напряженном
состоянии на основе упруговязкопластической модели // III Всесою з.
симп. “Прочность материалов и элементов конструкций при сложном
напряженном состоянии”: Тез. докл. - Киев: ОНТИ ИПП АН УССР,
1989. - Ч. 1. - С. 39 - 40.
8. Ш кодзи нский О. К . Феноменологическая модель упруговязкопластичес
кого материала // Пробл. прочности. - 1987. - № 11. - С. 53 - 56.
Поступила 18. 03. 2008
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 2 143
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48374 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T07:56:17Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Булах, П.А. 2013-08-19T07:38:30Z 2013-08-19T07:38:30Z 2009 К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния / Ф.Ф. Гигиняк, Т.Н. Можаровская, П.А. Булах // Проблемы прочности. — 2009. — № 2. — С. 139-143. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48374 539.4 Проведена экспериментальная оценка долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния с использованием деформационно- кинетического критерия. Проведено експериментальне обгрунтування оцінки довговічності високоміцних матеріалів при циклічному навантаженні в умовах складного напруженого стану з використанням деформаційно-кінетичного критерію. The life of high-strength materials under cyclic loading in the multiaxial stress state is experimentally estimated using the deformation-kinetic criterion. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния Life Estimation for High-Strength Materials under Cyclic Loading in the Multiaxial Stress State Article published earlier |
| spellingShingle | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Булах, П.А. Научно-технический раздел |
| title | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния |
| title_alt | Life Estimation for High-Strength Materials under Cyclic Loading in the Multiaxial Stress State |
| title_full | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния |
| title_fullStr | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния |
| title_full_unstemmed | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния |
| title_short | К оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния |
| title_sort | к оценке долговечности высокопрочных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48374 |
| work_keys_str_mv | AT giginâkff kocenkedolgovečnostivysokopročnyhmaterialovpricikličeskomnagruženiivusloviâhsložnogonaprâžennogosostoâniâ AT možarovskaâtn kocenkedolgovečnostivysokopročnyhmaterialovpricikličeskomnagruženiivusloviâhsložnogonaprâžennogosostoâniâ AT bulahpa kocenkedolgovečnostivysokopročnyhmaterialovpricikličeskomnagruženiivusloviâhsložnogonaprâžennogosostoâniâ AT giginâkff lifeestimationforhighstrengthmaterialsundercyclicloadinginthemultiaxialstressstate AT možarovskaâtn lifeestimationforhighstrengthmaterialsundercyclicloadinginthemultiaxialstressstate AT bulahpa lifeestimationforhighstrengthmaterialsundercyclicloadinginthemultiaxialstressstate |