539.3 Моделирование циклической повреждаемости и усталостной прочности при высокочастотном нагружении 3Д-напечатанных образцов из алюминиевого сплава

Никитин А. Д. (Институт автоматизации проектирования РАН), Стратула Б. А. (Институт автоматизации проектирования РАН)

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ПЛАВЛЕНИЕ, СВЕРХМНОГОЦИКЛОВАЯ УСТАЛОСТЬ, КОРСЕТНЫЕ ОБРАЗЦЫ, АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ, ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ-СЖАТИЕ, МОДЕЛЬ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ


doi: 10.18698/2309-3684-2024-1-1837


На основе данных высокочастотных циклических испытаний корсетных образцов из алюминиевого сплава Д16Т и SLM сплава AlSi10Mg на современных пьезоэлектрических установках выполнен сравнительный анализ усталостной прочности горячекатаного и SLM материалов. Показана относительно низкая циклическая прочность SLM материалов, связанная с их сложной микроструктурой, на которую влияют стратегия лазерного сканирования, параметры лазерного луча, энергия, теплоотдача из зоны плавки, параметры среды в камере. С использованием мультирежимной модели циклической повреждаемости и численного метода расчета кинетики повреждаемости при высокочастотном циклическом нагружении проведено математическое моделирование процесса усталостного разрушения указанных образцов для различных амплитуд и средних напряжений в цикле. Предложенная модель и метод расчета позволяют быстро и эффективно строить усталостные кривые для различных режимов циклического нагружения и коэффициентов асимметрии цикла. Для этого достаточно знать базовые точки бимодальной усталостной кривой для реверсивного цикла.


Schütz W. A history of fatigue. Engineering Fracture Mechanics, 1996, vol. 54, no. 2, pp. 263-300. https://doi.org/10.1016/0013-7944(95)00178-6
Bathias C., Paris P. Gigacycle fatigue in mechanical practice. New-York, Dekker, 2004, 328 p.
Bathias C., Drouillac L., Le François P. How and why the fatigue S–N curve does not approach a horizontal asymptote. International Journal of Fatigue, 2001, vol. 23, no. 1, pp. 143-151.
Shanyavskiy A. Mechanisms of the 2024-T351 Al-Alloy Fatigue Cracking in Bifurcation Area after Laser Shocks Hardening Procedure. Key Engineering Materials, 2011, vol. 465, pp. 511–514.
Schwerdt D., Pyttel B., Berger C. Microstructure investigations on two different aluminum wrought alloys after very high cycle fatigue. International Journal of Fatigue, 2014, vol. 60, pp. 28–33.
Banhart J., Chang C.S.T., Liang Z., Wanderka N., Lay M.D.H., Hill A.J. Natural Aging in Al–Mg–Si Alloys—A Process of Unexpected Complexity. Advanced Engenering Materials, 2010, vol. 12, iss. 7, pp. 559–571.
Mayer H., Fitzka M., Schuller R. Ultrasonic fatigue testing of 2024-T351 aluminium alloy at different load ratios under constant and variable amplitude. Proc. VHC, 2011, pp. 355–360.
Kawagoishi N., Kariya K., Wang Q.Y., Maeda Y., Goto M. Effect of loading frequency on fatigue crack growth of age-hardened al alloy. International Journal of Fatigue, 2011, pp. 269–274.
Shanyavskiy A.A., Soldatenkov A.P. The fatigue limit of metals as a characteristic of the multimodal fatigue life distribution for structural materials. Procedia Structural Integrity, 2011, vol 23, pp. 63–8.
Basquin O.H. The exponential law of endurance tests. Proceedings of the American society for testing and material, 1910, vol. 10, pp. 625–30.
Burago N.G., Zhuravlev A.B., Nikitin I.S., Yakushev V.L. A study of different modes of fatigue fracture and durability estimation for compressor disks of gas-turbine engine. Mathematical Models and Computer Simulations, 2016, vol. 8, no 5, pp. 523-532.
Smith R.N., Watson P., Topper T.H. A stress-strain parameter for the fatigue of metals. Journal of Materials, 1970, vol. 5, 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.
Работнов Ю.Н. О механизме длительного разрушения. Вопросы прочности материалов и конструкций. Изв. АН СССР ОТН механика и машиностроение, 1959, c. 5-7.
Качанов Л.М. О времени разрушения в условиях. Изв. АН СССР ОТН механика и машиностроение, 1958, № 8, c. 26-31.
Lemaitre J. Chaboche J.L. Mechanics of solid materials. Cambridge, Cambridge University Press, 1994, 584 p.
Murakami S. Continuum Damage Mechanics. A Continuum Mechanics Approach to the Analysis of Damage and Fracture. Dordrecht, Springer, 2012, 402 p.
Nikitin A., Palin-Luc T., Shanyavskiy A. Crack initiation in VHCF regime on forged titanium alloy under tensile and torsion loading modes. International Journal of Fatigue, 2016, vol. 93, pp. 318-325.
Nikitin A., Palin-Luc T., Shanyavskiy A., Bathias C. Comparison of crack paths in a forged and extruded aeronautical titanium alloy loaded in torsion in the gigacycle fatigue regime. Engineering Fracture Mechanics, 2016, vol. 167, pp. 259-272.
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.
Никитин И.С., Бураго Н.Г., Никитин А.Д. Повреждаемость и усталостное разрушение элементов конструкций в различных режимах циклического нагружения. Прикладная математика и Механика, 2022, т. 86, № 2, с. 276-290.
Никитин И.С., Бураго Н.Г., Никитин А.Д. Собственные частоты и формы продольных и крутильных колебаний стержней переменного поперечного сечения. Прикладная математика и механика, 2023, т. 87, № 2, с. 326-335.
Babaytsev A.V., Orekhov A.A., Rabinskiy L.N. Properties and microstructure of AlSi10Mg samples obtained by selective laser melting. Nanoscience and Technology, 2020, vol. 11, iss. 3, pp. 213–222.
Solyaev Y., Rabinskiy L., Tokmakov D. Overmelting and closing of thin horizontal channels in AlSi10Mg samples obtained by selective laser melting. Additive Manufacturing, 2019, vol. 30, no. 100847.
Babaytsev A., Nikitin A., Ripetskiy A. VHCF of the 3D-Printed Aluminum Alloy AlSi10Mg. Inventions, 2023, vol. 8, iss. 1, 33 p.


Никитин А.Д., Стратула Б.А. Моделирование циклической повреждаемости и усталостной прочности при высокочастотном нагружении 3Д-напечатанных образцов из алюминиевого сплава. Математическое моделирование и численные методы, 2024, № 1, с. 18–37.


Исследование выполнено в рамках проекта РНФ № 23–19-00640.


Скачать статью

Количество скачиваний: 95