(untitled) (Вестник Пермского университета. Физика, 2025)
В работе проведено исследование циклической долговечности титанового сплава ВТ-8 в режиме гигацикловой усталости с предварительным динамическим деформированием. Актуальность постановки определяется важными приложениями – оценкой ресурса материалов и элементов конструкций авиационных газотурбинных двигателей в условиях полетного цикла при случайных динамических воздействиях. Предварительное нагружение образцов из сплава титана ВТ-8 осуществлялось динамическим растяжением на разрезном стержне Гопкинсона–Кольского при скоростях деформации до 103 c-1, после чего образцы подвергались циклическим нагрузкам на испытательной машине резонансного типа Shimadzu USF-2000 при принудительном воздушном охлаждении сжатым воздухом. Экспериментально реализована программа циклического нагружения с применением методики «in situ» определения накопления усталостных повреждений, основанной на анализе нелинейных проявлений колебаний свободного торца образца. Образование внутренней усталостной трещины и её рост обнаруживаются с помощью методики по изменению коэффициента нелинейности, что позволит установить связь микроскопических механизмов накопления необратимых повреждений усталости с модельными представлениями, а также рассмотреть стадийность развития поврежденности в процессе циклического нагружения в режимах много- и гигацикловой усталости. Обнаружены различные закономерности изменения сигналов амплитуды второй гармоники колебаний свободного торца образцов с различной внутренней структурой, которые связаны с механизмами релаксации напряжений и накоплением повреждений. Усталостное нагружение проводилось на ультразвуковой испытательной машине резонансного типа в диапазоне напряжений 200–500 МПа. Ультразвуковая испытательная машина позволяет испытывать материалы на базе 109–1010 циклов с амплитудой от 1-го и до нескольких десятков микрон с частотой 20 кГц. Циклическое нагружение в указанных режимах обнаружило значительное снижение усталостной долговечности: при уровне напряжений 585 МПа с 2.23·109 критического количества циклов в исходном (недеформированном) состоянии до 6.38·103 для предварительно нагруженного сплава ВТ-8.