2018 № 2

Проблеми міцності. - 2018. - № 2.

ХАМАЗА Л. А.

Визначення розмірів тріщин, що відповідають межам витривалості металів і сплавів за наявності концентраторів напружень (на рус. яз.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 5-17.

На основі припущення про існування пропорційної залежності між величиною √2area, що характеризує розміри концентратора, і розміром тріщини на границі витривалості зразка з концентратором запропоновано методику розрахунку такої тріщини. Розраховано розміри нерозповеюджуваних тріщин на границі витривалості зразків із концентраторами напружень для ряду конструкційних матеріалів із використанням запропонованої методики та відомих даних щодо величин границі витривалості і дефектів різних розмірів і форм, що оцінюються параметром √2area. Розглянуто вплив градієнта і концентрації напружень на розмір тріщин на границі витривалості різних матеріалів. Показано, що розмір тріщини на границі витривалості зразків із дефектами, по-перше, збільшується з підвищенням відносного градієнта напружень та теоретичного коефіцієнта концентрації напружень, по-друге, завжди залишається більшим за розмір нерозповсюджуваної тріщини, яка має місце на границі витривалості гладкого зразка.
Ключові слова: межа витривалості, розмір тріщини на межі витривалості, концентрація напружень, градієнт напружень.

ЛОБАНОВ Л. М., ПАЩИН Н. А., МИХОДУЙ О. Л., СИДОРЕНКО Ю. М.

Вплив електро-імпульсної складової на напружений стан зварних з'єднань алюмінієвого сплаву АМг6 при електродинамічній обробці (на рус. яз.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 18-26.

Залишкові зварювальні напруження негативно впливають на довговічність зварного з’єднання і є основною причиною крихкого руйнування металу - корозійного розтріскування. Розробка ефективних методів зниження зварювальних напружень, що характеризуються малими енергетичними затратами і простотою реалізації, традиційно є важливою для сучасного зварювального виробництва. Одним із таких методів є електродинамічна обробка, що базується на проходженні імпульсів електричного струму через зварне з’єднання в момент прикладання до нього динамічного навантаження. Із позицій оптимізації параметрів електродинамічної обробки доцільною є оцінка впливу імпульсного електричного струму на залишкові зварювальні напруження. Розроблено експериментальну методику дослідження впливу електроімпульсної складової електродинамічної обробки на напружений стан зварних з’єднань із алюмінієвого сплаву АМгб. Встановлено, що проходження імпульсів електричного струму через метал зварного з’єднання підвищує ефективність електродинамічної обробки щодо зниження залишкових зварювальних напружень. Показано, що електродинамічні впливи ініціюють у металі пластичні деформації розтягування, результатом взаємодії яких із пластичними зварювальними деформаціями стискання є зниження залишкових напружень у зварному з’єднанні. При цьому проходження імпульсів електричного струму підвищує пікові значення пластичних деформацій розтягування, збільшуючи тим самим ефективність електродинамічних впливів на зниження залишкових зварювальних напружень у сплаві АМгб. Отримані результати підтвердили концепцію фізичної моделі про вплив електропластичного ефекту на зниження напруженого стану зварних з’єднань.
Ключові слова: електродинамічна обробка, алюмінієві сплави, імпульс електричного струму, залишкова зварювальна напруга, пластичні деформації, динамічне навантаження, розрядний контур.

КАБАННИК С. М., ЗИНЬКОВСЬКИЙ А. П., СТЕЛЬМАХ А. Л.

Визначення границі стійкості вінців лопаток до дозвукового флаттеру при великих кутах атаки (на рус. яз.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 27-37.

Викладено методику експериментально-розрахункового визначення границі стійкості лопаткового вінця до дозвукового флатера при великих кутах натікання потоку. Описано аеродинамічний стенд для визначення нестаціонарних аеродинамічних навантажень. Наведено результати випробувань плоскої решітки лопаткових профілів у широкому діапазоні зміни кута атаки і зведеної частоти коливань, із використанням яких установлено закономірності впливу кута атаки на границю стійкості лопаткових вінців до дозвукового флатера.
Ключові слова: вінець лопатки, дозвуковий флаттер, границя динамічної стійкості, грати профілів лопаток, приведена частота коливань, кут атаки.

ВАНГ З. К., Ю З. В., СУН К. Я., ЛИ Х., ВАНГ И. Ж.

Расчет упругих свойств полимерных нанокомпозитов из однослойных листов графена с двойными атомарными вакансионными дефектами на основе мультимасштабного моделирования (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 38-44.

У рамках раніше запропонованого авторами підходу на основі мультимасштабного моделювання досліджується вплив подвійних атомарних вакансійних дефектів на пружні властивості полімерних нанокомпозитів з одношарових листів графена. Моделювання полімерної матриці виконано методом скінченних елементів, а інтерфазний шар і одношаровий лист графена моделюються на атомарному рівні в рамках молекулярної структурної механіки. На основі концепції потенціалу Леннарда-Джонса припускається наявність залежності ван дер Ваальса між властивостями одношарових листів графена і полімерної матриці. Результати чисельних розрахунків показують, що модуль пружності полімеру можна збільшити в 17 разів за рахунок додання 5%-ної об’ємної частки одношарового листа графена. Установлено, що з ростом кількості подвійних атомарних вакансійних дефектів модуль пружності полімерних композитів з одношаровими листами графена зменшується, в той час як зі зростанням об’ємної частки одношарових листів графена відмічається його підвищення.
Ключові слова: графен, подвійні атомарні вакансійні дефекти, пружні властивості, мультімасштабування, нанокомпозит.

ЛЬВОВ Г. I., ОКОРОКОВ В. О.

Експериментальне дослідження автофретування // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 45-57.

Експериментально досліджується автофретування дисків, виготовлених з алюмінієвого сплаву Д16. Результати експериментального моделювання порівнюються з чисельними розрахунками. На основі проведених випробувань на циклічний розтяг-стиск плоских зразків розроблено математичну модель пластичності. У модель нелінійного кінематичного зміцнення введено додаткові функції попередньо накопиченої пластичної деформації. Для опису зменшення модуля пружності під час пружно-пластичного деформування введено параметр пошкоджуваності згідно з концепцією ефективних напружень. Експериментально отриманий розподіл залишкових колових і радіальних деформацій показав хороший збіг із чисельними результатами.
Ключові слова: автофретування, ефект Баушингера, пошкоджуваність матеріалу, нелінійне кінематичне зміцнення.

МИЦИК Б. Г., КОСТЬ Я. П., ДЕМ’ЯНИШИН Н. М.

Вплив термообробки на відносну зміну модуля Юнга сплаву Д16 за дії малих циклічних навантажень // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 58-65.

На зразках зі сплаву Д16 (міжнародний аналог - сплав 2024), що відповідають моделі тонкої жорстко защемленої на контурі круглої пластини, вивчено відносні зміни модуля Юнга, зумовлені циклічними навантаженнями, які на порядок менші за границю плинності. Показано, що параметр дЕ/Е дуже чутливий (змінюється в рази) до змін структури внаслідок термообробки сплаву (відпал, загартування, природне старіння). Отримані результати разом із вивченою раніше авторами еволюцією пружного гістерезису та залишкових деформацій (у залежності від термообробки) можуть бути покладені в основу неруйнівного методу первинної оцінки зміни стану конструкційних матеріалів після дії експлуатаційних факторів.
Ключові слова: сплав Д16, термообробка, зміни модуля Юнга, малі механічні напруження.

КАПЛУН П. В., ЛЯШЕНКО Б. А.

Вплив покриттів на характеристики утоми сталей при контактному навантаженні // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 66-73.

Запропоновано новий метод технологічного процесу для підвищення довговічності конструктивних елементів при терті кочення. Наведено результати порівняльних експериментальних досліджень щодо підвищення довговічності сталей при терті кочення з використанням безводневих інтегральних технологій нанесення градієнтних покриттів з оптимальними властивостями, залишковими напруженнями та твердістю основи в умовах іонного азотування та термічної обробки.
Ключові слова: довговічність, кочення, покриття, іонне азотування, нітрогартування, азотований шар, мікротвердість.

ТИХОМИРОВА Е. А., СИДОХИН Е. Ф.

Планирование термоциклических испытаний материалов (на рус. яз.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 74-81.

Із метою правильного планування термоциклічних випробувань при дослідженні термічної утоми матеріалів пропонується використовувати карти термоциклічних випробувань, які показують динаміку розвитку деформації в термічному циклі. На цих картах показано графіки температурної залежності пружної деформації, що відповідає границі плинності матеріалу, і зміни обмеженої вільної деформації. Наведено методику побудови карт термоциклічних випробувань для деяких матеріалів і необхідні для цього відомості про їх фізико-механічні властивості. Корисна інформація, яка може бути отримана за допомогою карт термоциклічних випробувань, проілюстрована на прикладах декількох жароміцних сплавів, що використовуються для виготовлення лопаток газотурбінних двигунів.
Ключові слова: термічна втома, стиснення вільної термічної деформації, карти термоциклічних випробувань.

СТЕПАНОВ Г. В., ЧИЖИК Г. В.

Вплив імпульсного електричного струму на напружено-деформований стан в сталевій смузі з тріщиною (на рус. яз.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 82-88.

Викладено результати розрахункової оцінки впливу імпульсного електричного струму на зміну напружено-деформованого стану в околі вершини крайової тріщини в сталевій смузі з використанням методу скінченних елементів. Показано, що анти- симетрична дія струму високої густини по берегах тріщини викликає в околі її вершини локальну зміну напружено-деформованого стану з появою залишкових пластичних деформацій, які підсумовуються з деформаціями, що виникли внаслідок теплової дії струму.
Ключові слова: імпульсний електричний струм, вигин, краєвий концентратор, тріщина, взаємодія струмів.

ЦИБАНЬОВ Г. В.

Опис кінетики зростання коротких поверхневих втомних тріщин з використанням параметрів кривої втоми (на рус. яз.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 89-98.

Для опису кінетики зародження і росту коротких поверхневих тріщин у металах і сплавах розвинуто підхід, який базується на деформаційних кривих, отриманих в області малоциклової утоми. З огляду на відомий зв’язок напруження-деформація за Рамбергом- Осгудом деформаційні криві утоми замінено традиційними кривими утоми. Аналіз відомих експериментальних даних показує, що кінетику зародження і росту коротких поверхневих тріщин утоми можна описувати за допомогою параметрів кривих утоми, отриманих як в області мало-, так і багатоциклової утоми, що розширює інформативність таких результатів.
Ключові слова: параметри кривої втоми, розрахункова і експериментальна довговічність, кінетика зростання короткої тріщини, початкова і кінцева довжина тріщини.

ТЕРЕЩЕНКО Ю. М., ДОРОШЕНКО Є. В., ТЕРЕЩЕНКО Ю. Ю., ГУМЕНЮК П. В.

Газодинамічна дія кільцевого вдува на аеродинамічні чинники збудження резонансних коливань робочих лопаток в ступені компресора (на рус. яз.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 99-105.

Наведено результати дослідження впливу кільцевого вдуву перед робочим колесом ступеня осьового компресора на збудження вимушених коливань робочих лопаток. Показано, що кільцевий вдув забезпечує вирівнювання поля швидкостей потоку за ступенем осьового компресора і зумовлює зниження рівня вібронапружень у кореневому перерізі робочих лопаток.
Ключові слова: кільцевий вдув, лопатка, коливання, компресор.

ГЕ Я. К., ЧЕН К., ВАНГ В. К., ГУО С.

Поверхневе зміцнення магнієвого сплаву шляхом лазерної термообробки в умовах швидкого охолоджування (англ. мов.) .) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 106-114.

Виконано лазерне поверхневе зміцнення зразка з магнієвого сплаву AZ31B з його одночасним швидким охолодженням у рідкому азоті. Досліджено характер і механізми поверхневого зміцнення. Завдяки механізмам зменшення розмірів зерен і виникнення твердого суперрозплаву та їх впливу на рух дислокацій і виникнення аморфної структури має місце значне підвищення мікротвердості, зносостійкості і в’язкості руйнування магнієвого сплаву. Прискорені режими нагрівання лазером і охолодження у рідкому азоті сприяли зменшенню розмірів зерен у зміцненому поверхневому шарі і формуванню аморфної структури. Більшість дислокацій було виявлено у зміцненому шарі, а не в підкладці. Спотворення кристалічної решітки в результаті високої концентрації алюмінію, що розчиняється в α-Mg фазі, також збільшує стійкість даного сплаву до руху дислокацій.
Ключові слова: магнієвий сплав, лазерне поверхневе зміцнення, механізм зміцнення, швидке охолоджування, рух дислокацій.

ЖАНГ К., ЛИУ Ж. М., ЛИУ Ю. Ф., ЛИ Л. Я.

Оцінка динамічних механічних характеристик високоміцного кільцевого ланцюга транспортного устаткування при різних робочих параметрах (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 115-125.

Досліджено механічні характеристики високоміцного кільцевого ланцюга транспортного обладнання за різних робочих параметрів та зв’язане з цим енергоспоживання. Динамічна контактна задача моделюється за допомогою скінченноелементного пакета ABAQUS для різних транспортних навантажень і швидкостей руху ланцюга з подальшою експериментальною верифікацією отриманих результатів. Установлено, що оптимальне функціонування ланцюга відповідає швидкості руху 5,65 м/хв., за якої деформація і напруга є стабільними. У режимі перевантаження нормальна напруга збільшується багаторазово, що призводить до суттєвого пошкодження ланцюга. Показано, що при холостому режимі роботи ланцюга 23,8% споживаної енергії витрачається на подолання сил тертя. Із підвищенням робочого навантаження відмічається лінійне зростання споживаної енергії. Отримані динамічні механічні характеристики ланцюга дозволяють уточнити прогноз його довговічності в умовах експлуатації та удосконалити схему енергоспоживання електромоторів.
Ключові слова: високоміцний кільцевий ланцюг, експлуатаційні характеристики, розрахунок енергоспоживання, швидкість руху ланцюга, транспортне навантаження.

ХОУ М. К., ТАНГ М. К., ХУ Х. С.

Оптимізація фотопружних властивостей і релаксації залишкових напружень в малих полікарбонатних дисках для фотопружних випробувань гранульованих матеріалов (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 126-133.

Полікарбонат є оптимальним фотопружним матеріалом для проведення механічних випробувань методом фотопружності. Для отримання невеликих частинок полікарбонату, що використовуються при фотопружних випробуваннях гранульованого матеріалу, з полікарбонатної пластини, яку попереднью піддавали відпалу для релаксації залишкових напружень, вирізали прозорі циліндричні диски малого діаметра. Режими різання і відпалу оптимізовано в результаті аналізу механічних і фотопружних властивостей полікарбонатних дисків різного діаметра і постійної висоти (5 мм). Аналіз фотопружних характеристик напружено-деформованого стану дисків і ізохром підтвердив високу ефективність запропонованих режимів обробки і відпалу для даного матеріалу.
Ключові слова: полікарбонат, гранульований матеріал, метод фотопружної, відпал, релаксація залишкових напружень.

ЛИУ М., МА К. К.

Зростання аустенітних зерен в сталі 20Мп5 для валу потужного гідрогенератора (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 134-145.

Сталь 20Mn5 широко використовується у виробництві валів потужного гідрогенератора завдяки високій міцності, пластичності та зносостійкості. Деякі дослідники відмічали явища деформування при нагріванні і рекристалізації. Ріст аустенітних зерен у сталі за високої температури не вивчався. Швидкість росту зерен визначає їх розміри в стальному злитку перед гарячим куванням, що суттєво впливає на формування мікроструктури. Зразки з порожнистого злитка сталі 20Mn5 нагрівали до різних температур (850, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150 і 1200°С) із витримкою протягом 1, 3, 5, 7, 9 та 11 годин перед закалюванням у воді. Показано, що ріст аустенітних зерен залежить від температури і часу витримки. В інтервалі температур 850...1050°С швидкість їх росту мала, за температур 1050...1200°С вона значно збільшується. Побудовано двоступеневу модель росту зерен для прогнозу їх розмірів після витримки за високої температури. Прогнозовані розміри аустенітних зерен добре узгоджуються з експериментальними, що підтверджує надійність моделі.
Ключові слова: зростання зерна, сталь 20Mn5, вал гідрогенератора, розмір зерна, швидкість росту.

ВЕЖИС Ж., МАЖЕЙКА Д., КАНДРОТАЙТЕ-ЖАНУТИЕНЕ Р., ДРАГАШЮС Е., КИЛИКЕВИЧЮС А., КОРОБКО Є. В.

Експериментальне дослідження в'язкого тертя і крутного моменту магнітореологічного гальма з врахуванням ефекту седиментації в різних магнітореологічних рідинах (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 2. – С. 146-158.

Досліджується вплив осадження в магнітореологічній рідині на в’язке тертя і крут- ний момент магнітореологічного гальма. Протестовано п’ять різних магнітореоло- гічних рідин: MRF-140CG i MRF-122EG (корпорація Lord, США), MRHCCS4-A і MRHCCS4-B (компанія Liquids, Великобританія) та MUDZH-3 (Ін-т тепло- та масообміну ім. О. В. Ликова НАН Білорусі). В’язкість магнітореологічних рідин у магнітному полі інтенсивністю 0-1 Т вимірювали реометром типу Anton Paar Physica MCR-301. Для використання в магнітореологічному гальмі було вибрано рідину з кращими параметрами. Седиментацію в магнітореологічній рідині визначали запатентованим авторами методом, що базується на вимірюванні електроопору рідини. Розроблено математичну модель в’язкого тертя і седиментації в залежності від електроопору рідини. Для змішування рідин всередині магнітореологічного гальма використовували чотири п’єзоприв. Розроблено експериментальну установку для визначення крутного моменту гальма.
Ключові слова: магнітореологічні рідини, магнітореологічне гальмо, седиментація, реометр, пьезопріводи, в'язкість, електроопір.