Метод оцінювання циклічної тріщиностійкості сталей за поперечного зсуву

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04 – механіка деформівного твердого тіла. – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2015. Дисертація присвячена розробенню методу оцінювання опірності сталей росту втомної тріщини в напрямку максимальних зсувних напружень. Запропонований в роботі підхід до оцінювання тріщиностійкості сталей ґрунтується на побудові кінетичних діаграм втомного руйнування за поперечного зсуву з врахуванням тертя берегів тріщини та визначенні з них характеристик циклічної тріщиностійкості сталей. Для досягнення стабільного росту втомної тріщини за поперечного зсуву розроблено новий зразок, вибрано силову схему та виготовлено установку для його циклічного навантаження. Розроблено експериментальний спосіб визначення коефіцієнта тертя берегів тріщини та побудовано К-тарувальну залежність для обчислення коефіцієнта інтенсивності напружень КІІ з врахуванням тертя берегів тріщини. Визначено основні та додаткові характеристики циклічної тріщиностійкості за поперечного зсуву і встановлено тенденцію зростання порогів втоми з підвищенням характеристик міцності сталі 65Г після різних термообробок, на противагу тенденціям за нормального відриву. Співставлено кінетичні діаграми втомного руйнування за поперечного зсуву та нормального відриву і показано, що на середньо- та високоампітудній ділянці сталь 65Г у низькоміцному стані чинить менший опір руйнуванню коли тріщина розвивається в напрямку максимальних зсувних напружень. Встановлено, що сталь 65Г у високоміцному стані за високоамплітудних навантажень чинить значно менший опір втомному руйнуванню, ніж у середньоміцному. На підставі півнатурних експериментів показано, що циклічна в’язкість руйнування є визначальною характеристикою при оцінюванні пошкоджуваності поверхні кочення залізничних коліс за контактної втоми.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела. – Тернопольский национальный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2015. Диссертация посвящена разработке метода оценки сопротивляемости сталей росту усталостной трещины в направлении максимальных касательных напряжений. Предложенный в работе подход к оценке трещиностойкости сталей основан на построении кинетических диаграмм усталостного разрушения при поперечном сдвиге с учетом трения берегов трещины и определении из них характеристик циклической трещиностойкости сталей. Для достижения стабильного роста усталостной трещины при поперечном сдвиге разработан новый образец, выбрана силовая схема его циклического нагружения и изготовлена соответствующая установка. Разработан экспериментальный способ определения коэффициента трения берегов трещины и построена К-тарировочная зависимость для вычисления коэффициента интенсивности напряжений КІІ с учетом трения берегов трещины. Определены основные и дополнительные характеристики циклической трещиностойкости при поперечном сдвиге и установлена тенденция роста порогов усталости с повышением характеристик прочности стали 65Г после различных термообработок, в отличие от тенденций при нормальном отрыве. Сопоставлены кинетические диаграммы усталостного разрушения при поперечном сдвиге и нормальном отрыве и показано, что на средне- и высокоамплитудном участке сталь 65Г в низкопрочном состоянии оказывает меньшее сопротивление разрушению, когда трещина развивается в направлении максимальных касательных напряжений. Установлено, что сталь 65Г в высокопрочном состоянии при высокоамплитудных нагрузках оказывает значительно меньшее сопротивление усталостному разрушению, чем в среднепрочном. На основании полунатурных экспериментов показано, что циклическая вязкость разрушения является определяющей характеристикой для оценки повреждаемости поверхности качения железнодорожных колес при контактной усталости.

Thesis for the degree of Candidate of technical sciences (Ph.D. in engineering) in specialty 01.02.04 – mechanics of deformable solids. – Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, 2015. The thesis is dedicated to development of a method for fatigue crack growth resistance evaluation of steels in the direction of maximal shear stress. The proposed approach is based on the construction of fatigue crack growth rates curves at the transverse shear taking into account the crack faces friction and the determination from these curves a cyclic crack growth resistance characteristics of steels. To achieve a stable fatigue crack spreading at the transverse shear, a new specimen is designed, the loading scheme of its cyclic loading is selected and the machine for its realization is made. An experimental method of crack faces friction factor determination is developed and the K-calibration curves to calculate the stress intensity factor KІІ with tacking into account crack faces friction is build. The primary and the secondary cyclic crack growth resistance characteristics at transverse shear are determined. It is shown that increase of mechanical strength of 65Г steel after various heat treatments leads to increase of fatigue threshold, in contrast to trends at normal tension. The fatigue crack growth rates curves at transverse shear and normal tension are compared. It shows that at high-amplitude loading 65Г steel in low strength state has less resistance to fatigue fracture then in medium strength state when crack has spreading in direction of maximum shear stress. It is found that at high amplitude loads 65Г steel in high strength state has significantly less resistance to fatigue fracture than in middle strength state. Based on semi-natural tests it is shown that cyclic fracture toughness is a defining characteristic for damage evaluation of railway wheels rolling surface under contact fatigue.