МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ ПРИ ДВУХЧАСТОТНОМ НАГРУЖЕНИИ

Д.Н. Шишулин Shishulin; Е.В. Боев Boev

doi:10.32326/1814-9146-2021-83-1-111-128

Д.Н. Шишулин Shishulin Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация
Е.В. Боев Boev Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Российская Федерация

DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2021-83-1-111-128

Ключевые слова: малоцикловая усталость, многоцикловая усталость, деформация, напряжение, поврежденность, моделирование, механика поврежденной среды, двухчастотное нагружение, численный и натурный эксперименты

Аннотация

Рассматриваются процессы усталостной долговечности поликристаллических конструкционных сплавов при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой усталости. С позиции механики поврежденной среды развита математическая модель, описывающая процессы пластического деформирования и накопления усталостных повреждений. Модель механики поврежденной среды состоит из трех взаимосвязанных частей: соотношений, определяющих циклическое упругопластическое поведение материала с учетом зависимости от процесса разрушения; уравнений, описывающих кинетику накопления усталостных повреждений; критерия прочности поврежденного материала.

Вариант определяющих соотношений упругопластичности основан на представлении о поверхности микропластического нагружения в форме Мизеса и принципе градиентальности вектора скорости пластических деформаций к поверхности в точке нагружения. Такой вариант уравнений состояния отражает основные эффекты процесса циклического пластического деформирования материала для произвольных сложных траекторий нагружения.

Вариант кинетических уравнений накопления усталостных повреждений основан на введении скалярного параметра поврежденности, базируется на энергетических принципах и учитывает основные эффекты образования, роста и слияния микродефектов при произвольных сложных режимах нагружения. Предложена единая форма эволюционного уравнения накопления усталостных повреждений для малоцикловой и многоцикловой усталости. В качестве критерия прочности поврежденного материала используется условие достижения величиной поврежденности критического значения.

Для оценки достоверности и определения границ применимости определяющих соотношений механики поврежденной среды проведены численные исследования процессов накопления усталостных повреждений по циклическому неупругому деформированию и усталостному разрушению стали 20 и стали 08Х18Н12Т при одночастотном нагружении с высокой частотой и двухчастотном нагружении с различными амплитудами. Проведено сравнение полученных численных результатов с данными натурных экспериментов, которое показало, что разработанная модель поврежденной среды достоверно описывает долговечность конструкций при действии механизмов мало- и многоцикловой усталости.