Anomalies in the elastic properties of metals at very high cycle loading and kinetics of damage accumulation
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-4-63-70Abstract
Paper describes current understanding of the mechanism of origin ofcyclic irreversible shifts as structurally induced plastic shear strains, which are generally part of the accumulated plastic strain, which lead to formation of fatigue cracks. Statistical approach proposedwhich allowed to determine types of collective modes in ensembles mesoscopic defects and establish their role in the mechanisms of low- and high-cycle fatigue fracture, fracture mechanisms of scaling. The system of defining equations for low- and high-cycle fatigueis shown. Connection between the microscopic mechanisms of fatigue with model representation and description of stages of damage is describedon the basis of non-linear kinetics ofdefects accumulation during cyclic loading. The technique for «in situ» definition of fatigue damage accumulation by analyzing nonlinearity of the feedback signal of ultrasonic fatigue settingwas presented. In very high cycle fatigue regime anomalies of elastic properties of the material are manifestingwhich leads to effect of non-linearity inoscillation amplitude. This effect increases with the initiation and growth of fatigue cracks. This method was applied toaluminum alloy samples at different levels of the stressto determine the moment of initiationand growth of fatigue cracks.This technique is useful for early detection of fatigue cracks, both on the surface and within the material.References
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.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
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.
