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

Авторы

  • Михаил Владимирович Банников (Mikhail V. Bannikov) Пермский государственный национальный исследовательский университет; Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Ирина Анатольевна Банникова (Irina A. Bannikova) Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Сергей Витальевич Уваров (Sergey V. Uvarov) Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Олег Борисович Наймарк (Oleg B. Naimark) Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-4-63-70

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.

Библиографические ссылки

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.

Загрузки

Опубликован

2017-12-28

Как цитировать

Банников (Mikhail V. Bannikov) М. В., Банникова (Irina A. Bannikova) И. А., Уваров (Sergey V. Uvarov) С. В., & Наймарк (Oleg B. Naimark) О. Б. (2017). Аномалии упругих свойств металлов при гигацикловом нагружении металлов и кинетика развития поврежденности. Вестник Пермского университета. Физика, (4(38). https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-4-63-70

Выпуск

№ 4(38) (2017)

Раздел

Статьи

Лицензия

Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).

Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.

Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.

Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.

Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.

Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.

Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru

Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)