Прогнозирование характеристик сопротивления усталости материалов на больших базах нагружения

Abstract

Исследовано влияние температуры, концентрации напряжений, структуры материала, состояния поверхности, асимметрии циклов на характеристики сопротивления усталости в широком диапазоне частот нагружения. Показано, что при идентичности условий испытаний относительное количественное влияние большинства конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов одинаково при всех частотах нагружения. На основании анализа основных физических процессов, происходящих в металлическом материале при воздействии циклических нагрузок, предложена модель формирования и развития областей локальной пластической деформации. Получено уравнение состояния материала для момента времени, непосредственно предшествующего старту усталостной трещины, в котором учитывается частота циклического нагружения в явном виде как фактор, непосредственно влияющий на скорость накопления повреждений. Уравнение является основой для прогнозирования характеристик сопротивления усталости, в том числе на больших базах нагружения, при различных, включая низкие, частотах по результатам высокочастотных испытаний.

Effects of temperature, stress concentration, material structure, surface conditions and stress ratio on characteristics of fatigue resistance are investigated under high-, and low-frequency cyclic loading conditions. It is shown that under identical test conditions the relative quantitative effects of the majority of structural, technological and operational factors are the same for all loading frequencies. A model of formation and development of local plastic strain regions is proposed on the basis of an analysis of the main physical processes taking place in a metallic material under the action of cyclic loads. An equation of material state for the instant of time directly preceding fatigue crack initiation has been derived, in which cyclic loading frequency in explicit form as a factor directly affecting the damage accumulation rate. The equation is the basis for the prediction of fatigue resistance characteristics, large loading bases as well, at different frequencies, including low ones, from high-frequency test data. Experimental verification is in good agreement with the calculation results.

Досліджено вплив температури, концентрації напружень, структури матеріалу, стану поверхні, асиметрії циклів на характеристики опору втомі в широкому діапазоні частот навантаження. Показано, що при ідентичності умов випробувань відносне кількісний вплив більшості конструкційних, технологічних та експлуатаційних факторів однаково при всіх частотах навантаження. На підставі аналізу основних фізичних процесів, що відбуваються в металевому матеріалі при впливі циклічних навантажень , запропонована модель формування і розвитку областей локальної пластичної деформації. Отримано рівняння стану матеріалу для моменту часу, що безпосередньо передує старту втомної тріщини, в якому враховується частота циклічного навантаження в явному вигляді як фактор, що безпосередньо впливає на швидкість накопичення ушкоджень. Рівняння є основою для прогнозування характеристик опору втомі, в тому числі на великих базах навантаження, при різних, включаючи низькі, частотах за результатами високочастотних випробувань.