Аномалии упругих свойств металлов при гигацикловом нагружении металлов и кинетика развития поврежденности

Михаил Владимирович Банников (Mikhail V. Bannikov), Ирина Анатольевна Банникова (Irina A. Bannikova), Сергей Витальевич Уваров (Sergey V. Uvarov), Олег Борисович Наймарк (Oleg B. Naimark)

Аннотация


Описаны современные представления о механизмах зарождения необратимых циклических сдвигов как структурно индуцированных пластических сдвиговых деформаций, являющиеся в общем случае частью накапливаемой пластической деформации, которые приводят к образованию усталостных трещин. Представлена попытка описать связь микроскопических механизмов усталости с модельными представлениями и описанием стадийности развития поврежденности на основе нелинейной кинетики накопления дефектов в процессе циклического нагружения в режимах много- и гигацикловой усталости.Приведена методика «insitu» определения накопления необратимых усталостных повреждений с помощью анализа нелинейных проявлений сигнала обратной связи в замкнутой системе ультразвуковой усталостной установки. В режиме сверхмногоцикловой (гигацикловой) усталости проявляются аномалии упругих свойств материала, что приводит к эффекту нелинейности в амплитуде колебаний.Данный эффект возрастает с инициированием и ростом усталостной трещины. Методика была применена к образцам из сплавов алюминия при различном уровне среднего напряжения для определения момента инициирования и роста усталостной трещины в режимах много- и гигацикловой усталости. Показано, что методика применима для раннего обнаружения усталостных трещин при циклическом нагружении в ультразвуковом режиме, как на поверхности, так и внутри материала.

Полный текст:

PDF

Литература


Terent'ev V. F., Bily M. K.. K voprosu o postroenii polnoy krivoy ustalosti. Soobshchenie 1 i 2.(To question about description of general fatigue curve. Reports 1 and 2). Problems of strength, 1972, vol. 4, no. 6, pp. 1222–1261 (In Russian).

Ivanova V. S., Terent'ev V. F. Priroda ustalosti metallov (The nature of fatigue in metals). Moscow: Metallurgy, 1975. 456 p. (in Russian).

Botvina L. R. Gigatsiklovaia ustalost' – novaia problema fiziki i mekhaniki razrusheniia (Gigacycle fatigue - the new problem of phiscs and mechanics of fracture). Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov, 2004, vol. 70, no. 4, pp. 41–51 (In Russian).

Mughrabi H. Microstructural fatigue mechanisms: Cyclic slip irreversibility, crack initiation, nonlinear elastic damage analysis. International Journal of Fatigue, 2013, vol. 57, pp. 2–8.

Shyam A, Milligan W., A model for slip irreversibility, and its effect on the fatigue crack propagation threshold in a nickel-base superalloy. Acta Materialia, 2005, vol. 53, no. 3, pp. 835–844.

Risbet M, Feaugas X., Some comments about fatigue crack initiation in relation to cyclic slip irreversibility. Engineering Fracture Mechanics, 2008, vol. 75, pp. 3511–3519.

Oborin V., Bannikov M., Naimark O., Froustey C. Long-range correlation large-scale interactions in ensembles of defects: estimating reliability of aluminum alloys under dynamic cycling and fatigue loading conditions. Technical Physics Letters, 2011, vol. 37, no. 3, pp. 241–243.

Oborin V. A. Bannikov M. V. Naimark O. B., Palin-Luc T. Scaling invariance of fatigue crack growth in gigacycle loading regime. Technical Physics Letters, 2010, vol. 36, no. 11, pp. 1061–1063.

Weidner A, Man J, Tirschler W, Klapetek P., Blochwitz C, Polák J, Skrotzki W., Half-cycle slip activity of persistent slip bands at different stages of fatigue life of polycrystalline nickel. Materials Science and Engineering: A, 2008, vol 492, pp. 118–127

Mughrabi H. Specific features and mechanisms of fatigue in the ultrahigh-cycle regime. International Journal of Fatigue, 2006, no. 28, pp. 1501–1508.

Mughrabi H. Cyclic slip irreversibilities and the evolution of fatigue damage. Metallurgical and Materials Transactions A, 2009, no. 40, pp. 1257–1279.

French H. J. Fatigue and the hardening of steels. Transactions of the American Society for Steel Treating, 1933, vol. 21, pp. 899–946.

Cantrell J. H., Yost W. T. Nonlinear ultrasonic characterization of fatigue microstructures. Inter-national Journal of Fatigue, 2001, vol. 23, pp. 487–490

Kim J. Y., Jacobs L. J., Qu J., Littles J. W., Experimental characterization of fatigue damage in a nickel-base superalloy using nonlinear ultrasonic waves. The Journal of the Acoustical Society of America, 2006, Vol. 120, 1266.

Kumar A, Torbet C. J., Jones J. W., Pollock T. M. Nonlinear ultrasonics for in situ damage detection during high frequency fatigue. Journal of Applied Physics, 2009, vol. 106, 024904.

Kumar A., Torbet C. J., Pollock T. M., Jones J. W., In situ characterization of fatigue damage evolution in a cast Al alloy via nonlinear ultrasonic measurements. Acta Materialia, 2010, vol. 58, pp. 2143–2154.

Kumar A., Adharapurapu R. R., Jones J. W. Pollockc T. M., In situ damage assessment in a cast magnesium alloy during very high cycle fatigue. Scripta Materialia, 2011, vol. 64, pp. 65–68

Betekhtin V. I., Kadomtsev A. G., Naryko-va M. V., Bannikov M. V., Naimark O. B., Abaimov S. G., Akhatov I. S., Palin-Luc T., Exper-imental and theoretical study of multiscale damage-failure transition in very high cycle fatigue. Physical Mesomechanics, 2017, vol. 20, no. 1, pp. 78–89.




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2017-4-63-70

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).