539.3 Математическое моделирование усталостного разрушения при высокочастотных изгибных колебаниях образцов из титановых сплавов

Стратула Б. А. (Институт автоматизации проектирования РАН)

СВЕРХМНОГОЦИКЛОВАЯ УСТАЛОСТЬ, ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ, УСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ, ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ


doi: 10.18698/2309-3684-2021-4-4557


На основе мультирежимной двухкритериальной модели циклической повреждаемости описан единообразный численный метод расчета различных режимов усталостного разрушения от малоцикловой до сверхмногоцикловой усталости. Этот метод позволяет проводить сквозной расчет эволюции трещиноподобных зон усталостного разрушения в материале, а также оценивать долговечность образцов от зарождения трещины до макроразрушения. Проведены расчеты усталостного разрушения образцов из титанового сплава при длительном циклическом нагружении по схеме трехточечного изгиба с развитием «квазитрещин» в режимах от многоцикловой до сверхмногоцикловой усталости. Проведено сравнение численных и экспериментальных результатов.


Lemaitre J., Chaboche J.L. Mechanics of solid materials. Cambridge, Cambridge University Press, 1994, 582 p.
Marmi, A.K., Habraken, A.M., Duchene, L. Multiaxial fatigue damage modelling at macro scale of Ti-6Al-4V alloy. International Journal of Fatigue, 2009, vol. 31, iss. 11–12, pp. 2031–2040.
Никитин И.С., Бураго Н.Г., Журавлев А.Б., Никитин А.Д. Мультирежимная модель развития усталостных повреждений. Прикладная математика и механика, 2020, т. 84, № 5, с. 687–698.
Nikitin I.S., Burago N.G., Nikitin A.D., Stratula B.A. Complex model for fatigue damage development. AIP Conference Proceedings, 2020, vol. 2312, art no. 050015.
Smith R.N., Watson P., Topper T.H. A stress-strain parameter for the fatigue of metals. Journal of Materials, 1970, vol. 5, no. 4, pp. 767–778.
Gates N., Fatemi A. Multiaxial variable amplitude fatigue life analysis including notch effects. International Journal of Fatigue, 2016, vol. 91, pp. 337–351.
Carpinteri A., Spagnoli A., Vantadori S. Multiaxial assessment using a simplified critical plane based criterion. International Journal of Fatigue, 2011, vol. 33, pp. 969–976.
Burago N.G., Nikitin I.S. Multiaxial fatigue criteria and durability of titanium compressor disks in low- and very-high-cycle fatigue modes. Computational Methods in Applied Sciences, 2016, vol. 40, pp. 117–130.
Бураго Н.Г., Журавлев А.Б., Никитин И.С. Модели многоосного усталостного разрушения и оценка долговечности элементов конструкций. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела, 2011, № 6, с. 22–33.
Xue H.Q., Tao H., Montembault F., Wang Q.Y., Bathias C. Development of a three-point bending fatigue testing methodology at 20 kHz frequency. International Journal of Fatigue, 2007, vol. 29, iss. 9–11, pp. 2085–2093.
Wang B., Cheng L., Cui W., Chen X., Wang C., Li D. Effect of forging process on high cycle and very high cycle fatigue properties of TC4 titanium alloy under three-point bending. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2021, vol. 44, iss. 8, pp. 2054–2069.
Paris P., Erdogan F. A critical analysis of crack propagation laws. Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 1963, vol. 85, iss. 4, pp. 528–533.
Collins J.A. Failure of materials in mechanical design: analysis, prediction, prevention. New-York, Wiley Press, 1993, 654 p.
Качанов Л.М. О времени разрушения в условиях ползучести. Известия АН СССР. Отделение технических наук, 1958, № 8, с. 26–31.
Работнов Ю.Н. О механизме длительного разрушения. Вопросы прочности материалов и конструкций АН СССР, 1959, с. 5–7.
Burago N.G., Nikitin I.S., Nikitin A.D., Stratula B.A. Algorithms for calculation damage processes. Frattura ed Integrità Strutturale, 2019, vol. 49, pp. 212–224.
Plekhov O., Naimark O. et al. The study of a defect evolution in iron under fatigue loading in gigacycle fatigue regime. Frattura ed Integrita Strutturale, 2016, vol. 10, pp. 414–423.
Shlyannikov V.N. Creep-Fatigue crack growth rate prediction based on fracture damage zones models. Engineering Fracture Mechanics, 2019, vol. 214, pp. 449–463.
Nikitin I.S., Burago N.G., Nikitin A.D., Stratula B.A. On kinetic model of damage development. Procedia Structural Integrity, 2020, vol. 28, pp. 2032–2042.
Nikitin I.S., Nikitin A.D., Stratula B.A. Study on the resonant torsion vibration in hourglass specimens under VHCF loading. Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1945, art. no. 012043.
Basquin O.H. The exponential law of endurance tests. Proceedings of the American society for testing and material, 1910, vol. 10, pp. 625–630.
Шанявский А.А. Моделирование усталостных разрушений металлов. Уфа, Монография, 2007, 498 с.
Завойчинская Э.Б. О методе оценки ресурса лопаточного аппарата газотурбинного двигателя при асимметричном циклическом нагружении. Математическое моделирование и численные методы, 2020, № 1, с. 45–63.
Бураго Н.Г., Никитин И.С., Якушев В.Л. Гибридный численный метод решения нестационарных задач механики сплошной среды с применением адаптивных наложенных сеток. Журнал вычислительной математики и математической физики, 2016, т. 56, № 6, с. 1082–1092.
Бураго Н.Г., Никитин И.С. Алгоритмы сквозного счета для процессов разрушения. Компьютерные исследования и моделирование, 2018, т.10, № 5, с. 645–666.


Стратула Б.А. Математическое моделирование усталостного разрушения при высокочастотных изгибных колебаниях образцов из титановых сплавов. Математическое моделирование и численные методы, 2021, № 4, с. 45–57.


Данное исследование выполнено в рамках Госзадания ИАП РАН.


Скачать статью

Количество скачиваний: 220