Research of surface cracks propagation with a complex geometric contour after the influence of tensile overloads

Abstract

Проведено експериментальні дослідження кінетики розвитку поверхневих тріщин зі складним за геометрією контуром (неканонічні поверхневі тріщини). Форма контуру таких макротріщин моделює процес злиття менших поверхневих тріщин. При цьому утворюється сідловидний контур. Досліджено вплив однократних навантажень різного рівня (Q OL = 1,67 та Q OL = 1,5) на перехідні процеси, що відбуваються після їх прикладання при подальшому циклічному навантаженні. Після дії перевантаження відбувається гальмування розвитку поверхневої тріщини по всьому його контуру. Це явище характерне як для наскрізних тріщин, так і поверхневих тріщин. Отримані результати затримки росту поверхневої тріщини зі складним у плані контуром свідчать, що число циклів сповільнення їх росту у кілька разів більше, ніж для подібної півеліптичної тріщини з гладким контуром та однаковими за розмірами півосями. Встановлено, що затримка росту поверхневих тріщин є різною вздовж складного за геометрією контуру, що приводить до інтенсивної зміни фронту неканонічної форми. Контур неканонічної тріщини в процесі циклічного навантаження після дії перевантаження різного рівня набуває обрисів близьких до прямокутної форми. це пов’язано з особливостями напружено-деформівного стану вздовж фронту поверхневої тріщини. Найшвидше після гальмування росту всього контуру відбувається розвиток фронту в напрямках, що відповідають параметричному куту φ = 30 ÷ 35º. Найпізніше з-під впливу перевантаження виходить область більшої за розмірами частини тріщини при параметричному куті φ = 60 ÷ 65º. Встановлені кількісні значення зміни росту тріщини одразу після перевантаження та до моменту закінчення перехідних процесів, пов’язаних з впливом перевантаження. Зазначимо, що мінімальні швидкості росту тріщин, що встановлюються одразу після перевантаження залежать від рівня перевантажень і є меншими при їх більшому рівні. Одночасно мінімальні швидкості росту тріщин неканонічної форми є суттєво меншими при такому ж рівні перевантажень у порівнянні з відповідними точками контуру поверхневої тріщини канонічної форми. Це й визначає більшу затримку росту тріщини неканонічної форми у порівнянні з подібною за розмірами поверхневою тріщиною з канонічним контуром. Таким чином, як було встановлено за даними експериментальних досліджень вплив перевантаження в поверхневих тріщинах зі складним за геометрією контуром приводить до затримки росту втомної тріщини, що є суттєво більшою (у кілька разів), ніж для звичайних поверхневих тріщин з аналогічними півосями, а також до значних змін контуру, які є непритаманними півеліптичним тріщинам.

In the paper, the authors experimentally investigated the growth of low-alloy steel surface cracks under constant amplitude loading and under single overloads. Surface semi-elliptical cracks of canonical shape, as well as cracks with a contour of complex geometry were considered. Each overload increased the number of cycles of crack growth retardation, with higher significance in non-canonical surface cracks. The contour of surface cracks also changed in single-overload condition.