Проблеми міцності. -2020. -№. 6.
М. І. Бобыр, В. В. Коваль, Д. К. Фам, “Феноменологічний критерій граничного стану конструкційних матеріалів з урахуванням пошкоджуваності”,
Проблеми міцності, № 6, 5-16 (2020).
Скачати PDF Проаналізовано основні критерії граничного стану конструкційних матеріалів на стадії зародження макротріщини, які базуються на основних положеннях термодинаміки необоротних процесів континуальної механіки пошкоджуваності. Установлено межі їх застосування для випадку складного напруженого стану. Описано модель накопичення розсіяних пошкоджень залежно від необоротної деформації. Побудовано залежність параметрів моделі кінетики накопичення пошкоджень та граничного значення величини пошкоджуваності від пружно-пластичних характеристик матеріалу за умови чистого розтягу. Кінетика накопичення пошкоджуваності за цією моделлю порівнюється з експериментальним даними для ряду конструкційних матеріалів. Описано методику проведення базового експерименту на циліндричних суцільних зразках з урахуванням нерівномірності розподілу деформації вздовж радіуса зразка. Результати накопичення пошкоджень за механізмом руйнування при зрізі, отримані згідно з розробленою методикою, порівнюються з експериментальними даними випробування тонкостінних зразків. Показано, що значення параметра пошкоджуваності істотно залежить від виду напруженого стану. На основі підходу Давиденкова-Фрідмана, що враховує два механізми руйнування (відрив і зріз), з використанням параметра напруженого стану Надаї-Лоде запропоновано й обгрунтовано узагальнений феноменологічний критерій граничного стану.
Ключові слова: пошкоджуваність, феноменологічні критерії руйнування на стадії зародження макротріщини, гранична поверхня руйнування, напружений стан.
В. С. Гудрамович, Е. Л. Гарт, О. А. Марченко, “Вплив підкріплювального включення на концентрацію напружень у сферичній оболонці з еліптичним отвором за дії рівномірного внутрішнього тиску”,
Проблеми міцності, № 6, 17-28 (2020).
Скачати PDF Наведено результати комп’ютерного моделювання напружено-деформованого стану тонкостінної сферичної оболонки з еліптичним отвором і оточуючим його підкріплювальним включенням з іншого матеріалу. Досліджено вплив геометричних і механічних параметрів включень на розподіл напружень навколо отвору та на процес деформування оболонки, що знаходиться під дією рівномірного внутрішнього тиску. Проблема концентрації напружень у проектованих конструкціях або в окремих її елементах, що використовуються в енергетиці та в сучасних провідних галузях техніки і промисловості, зокрема в машинобудівній, ракетно- космічній та інших, є достатньо актуальною, оскільки з нею пов’язані їх надійність і довговічність. Концентратори напружень у конструкціях можуть виникати внаслідок недосконалості структури матеріалів, з яких вони виготовлені (порожнини, тріщини, сторонні включення тощо), або можуть бути зумовлені як технологічною, так і конструкційною необхідністю (отвори, вирізи, виточки і т. д). Оболонкові конструкції широко використовуються як несівні конструкції в багатьох галузях техніки і промисловості. Вони поєднують у собі високу міцність із невеликою вагою, що сприяє їх надійності і безпеці при експлуатації. У більшості випадків оболонки, що використовуються в реальних конструкціях, мають прості геометричні форми поверхонь (оболонки обертання). Складні конструкції зазвичай є комбінацією цих форм оболонок. Дослідження впливу локальних концентраторів напружень у вигляді отворів з урахуванням наявності включень на напружено-деформований стан оболонок і способи зниження концентрації напружень у них є актуальним завданням механіки деформівного твердого тіла. Проведено скінченноелементний аналіз впливу підкріплень, що змодельовані включеннями з матеріалу, який відрізняється від матеріалу оболонки з отвором, на параметри її напружено-деформованого стану. Дослідження важливі при проектуванні й оптимізації конструкцій, що використовуються в енергетиці та провідних галузях техніки, зокрема в ракетно-космічній, авіаційній.
Ключові слова: сферична оболонка, еліптичний отвір, включення, внутрішній тиск, напружено-деформований стан, коефіцієнт концентрації напружень, метод скінченних елементів
В. В. Харченко, О. Ю. Чирков, В. П. Ламашевський, О. В. Дроздов, Д. В. Клименко, “Вплив анізотропії механічних властивостей металу на розрахункову оцінку несівної здатності бака окислювача ракети-носія”,
Проблеми міцності, № 6, 29-35 (2020).
Скачати PDF Наведено результати розрахункової оцінки рівня критичного тиску в баку окислювача ракети- носія з використанням узагальнених діаграм пружно-пластичного деформування алюмінієвого сплаву АМгб, які враховують анізотропію фізико-механічних властивостей матеріалу. Розрахунок напружено-деформованого стану виконано за спрощеною розрахунковою схемою для характерного конструктивного елемента бака під впливом внутрішнього тиску в осесиметричній постановці з урахуванням пружно-пластичних деформацій. В основу розрахункового аналізу покладено змішану схему методу скінченних елементів, яка забезпечує безперервну апроксимацію переміщень і напружень, що дозволяє визначати напружено-деформований стан елемента бака з високим ступенем точності. Показано, що максимальні значення напружень і деформацій мають місце в області галтелі з’єднання шпангоута з циліндричною обичайкою бака. Згідно з одержаними даними розрахунок напружено-деформованого стану елемента бака з використанням узагальнених діаграм деформування, що враховують анізотропію фізико-механічних властивостей і характер навантаження алюмінієвого сплаву АМгб, призводить до значно більш консервативної оцінки рівня критичного тиску порівняно з традиційним розрахунком на основі діаграми одновісного розтягу матеріалу.
Ключові слова: окислювач ракети-носія, пружно-пластичне деформування, фізико- механічні властивості, змішана схема методу скінченних елементів.
Б. П. Зайцев, Т. В. Протасова, Н. В. Сметанкіна, Д. В. Клименко, І. Ф. Ларіонов, Д. В. Акімов, “Коливання корпусу головного обтічника ракети-носія “Циклон-4М” при скиданні”,
Проблеми міцності, № 6, 36-50 (2020).
Скачати PDF Моделюються динамічні процеси в головному обтічнику ракети-носія "Циклон-4М” під впливом імпульсів від пневмоштовхачів під час скидання. Складна стільникова структура корпусу обтічника при моделюванні замінюється на більш просту композитну структуру, яка е еквівалентною за масовими і жорсткісними характеристиками. Замість регулярної системи підкріплень у композитній моделі використано анізотропні шари, характеристики яких визначаються. Кількість анізотропних шарів відповідає кількості циліндричних і конічних секцій обтічника. Розроблено спеціальну методику розрахунку характеристик анізотропії шарів в окружному та меридіональному напрямках за критерієм еквівалентної жорсткості на вигин початкової і модельованої структур. Отримано нелінійні співвідношення щодо характеристик жорсткості анізотропних шарів, які визначаються методом ітерацій. Дискретизацію композитної моделі виконано методом скінченних елементів, а розв’язок задачі за часом - скінченнорізницевим методом Вільсона. Особливістю задачі є поєднання обертового руху стулки як твердого тіла і коливань, що спричинені деформаціями. Стандартне формулювання розв’язку динамічної задачі дозволяє правильно розрахувати амплітуди радіальних коливань стулки, які визначають динамічну зону обтічника, та напруження. Попередньо визначались характеристики власних коливань стулки. Розрахунками встановлено, що коливання стулки відбуваються переважно з частотою основного тону. Виконано порівняння розрахункових даних для максимальних амплітуд радіальних переміщень з експериментальними, які отримано при наземних випробуваннях. Узгодження результатів цілком задовільне, особливо для нижнього фланця стулки, де переміщення є максимальними. Динамічні напруження незначні й не перевищують 15% границі текучості. Було поставлено задачу оптимізації форми імпульсу від пневмоштовхачів для зниження динамічної реакції стулки при коливаннях. За умови збереження величини імпульсу, необхідного для розгортання стулки при обертанні, отримано його розподіл у часі, за якого максимальні динамічні переміщення зменшено в 1,5 раза. Зміни форми імпульсу можна досягнути через програмовану подачу тиску в пневмоштовхачі.
Ключові слова: обтічник, скидання, стулка, динамічна зона, коливання, анізотропні шари, метод скінченних елементів, оптимізація імпульсу.
П. П. Лепіхін, В. А. Ромащенко, О. С. Бейнер, “Моделювання тривимірного напружено-деформованого стану та аналіз міцності металокомпозитних циліндрів при імпульсному навантаженні з використанням методики CONWEP”,
Проблеми міцності, № 6, 51-64 (2020).
Скачати PDF Розроблений раніше в Інституті проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України пакет прикладних програм чисельного розрахунку динамічного неосесиметричного тривимірного напружено-деформованого стану та міцності багатошарових спірально-ортотропних циліндрів скінченної довжини при імпульсному навантаженні модифіковано для використання методики СОЫШЕР розрахунку навантаження від вибуху сферичного заряду вибухової речовини, довільно розташованого в повітрі всередині циліндра. Варіюванням розмірами сітки, кількістю членів розкладання невідомих у ряди Фур’є, крайовими умовами, координатами заряду та іншими вхідними параметрами досліджено його точність. Вивчено тривимірну динаміку і міцність композитних та металокомпозитних циліндрів, навантажених неосесиметричним внутрішнім вибухом. Міцність визначалася за узагальненим критерієм Мізеса. Розглянуто вплив зміщення заряду вибухової речовини щодо центра симетрії циліндра вздовж радіуса й осі на його напружено-деформований стан та міцність. Показано, що при постійній відносній масі заряду металокомпозитні циліндри можна зберігати рівноміцними, збільшуючи товщину металевого шару від нуля до чверті товщини оболонки, при цьому збільшуючи масу заряду майже вдвічі. Установлено неефективність використання армованих композитів із низькими границями міцності при розтязі поперек волокон у подібних конструктивних елементах. Показано, що в деяких випадках додавання до внутрішньої сталевої оболонки зовнішнього композитного шару призводить не до зростання, а до зниження міцності об’єкта в цілому.
Ключові слова: композитний і металокомпозитний циліндр, внутрішнє вибухове навантаження, методика CONWEP, тривимірний неосесиметричний динамічний напружено-деформований стан та міцність, чисельно-аналітичний метод.
О. Л. Деркач, А. П. Зіньковський, О. В. Савченко, “Активне демпфірування нестаціонарних коливань тришарової електро- в’язкопружної композитної пластини”,
Проблеми міцності, № 6, 65-78 (2020).
Скачати PDF Описано метод побудови рівнянь нестаціонарних коливань електров’язкопружних композитних пластин з активним їх демпфіруванням. Задачу розв’язано в частотному просторі інтегральних перетворень Фур ’є. Модель багатошарової пластини побудовано з використанням дискретно-структурного підходу, тобто по товщині вона розбивається на розрахункові шари, в межах яких переміщення й електричні потенціали апроксимуються за допомогою квадратичних поліномів Лагранжа. На краях пластини виконуються граничні умови Нав’є. Напіваналітичні рівняння нестаціонарних коливань одержано за допомогою варіаційного рівняння Лагранжа у згортках. Для їх наведення у частотному просторі використано пряме інтегральне перетворення Фур’є, що дозволяє без додаткових перетворень інтегральних фізичних залежностей застосовувати визначені експериментально частотно-залежні комплексні характеристики матеріалу безпосередньо при розрахунках нестаціонарних коливань пластин. Знайдено розв’язки задачі активного демпфірування нестаціонарних коливань відносно частотних зображень переміщень та електричних потенціалів, проведено аналіз їх збіжності. Методику опробовано на прикладі аналізу активного демпфірування нестаціонарних коливань шарнірно закріпленої по краях тришарової електров’язкопружної квадратної пластини при дії імпульсу вибухової хвилі. Середній шар пластини виготовлено з композитного матеріалу, а зовнішні електров’язкопружні шари виконують роль сенсора й актуатора. Активне демпфірування коливань забезпечується з’єднанням цих шарів пластини у ланцюг із негативним зворотним зв’язком із пропорційно-диференціальним законом регулювання. В’язкопружні й електров’язкопружні характеристики матеріалів враховано за допомогою комплексних пружних, діелектричних і п’єзоелектричних модулів. Наведено результати аналізу активного демпфірування нестаціонарних коливань пластини. Значення пропорційної та диференціальної складових регулятора, як характеристик такого демпфірування, було вибрано з урахуванням допустимої напруженості електричного поля актуатора. Для порівняння наведено результати дослідження для випадку пасивного демпфірування коливань. Установлено залежності декремента коливань пластини від диференціальної складової регулятора і максимального її прогину від кута армування матеріалу середнього шару. Визначено оптимальний за критерієм мінімуму прогину пластини кут армування, який забезпечує підвищення ефективності активного демпфірування її нестаціонарних коливань за рахунок збільшення диференціальної складової регулятора.
Ключові слова: багатошарова композитна пластина, електров’язкопружний матеріал, нестаціонарні коливання, активне та пасивне демпфірування коливань, метод скінченних елементів.
О. Г. Трапезон, К. О. Трапезон, “Про вільні поздовжні коливання та напружений стан складеного стрижня з пружними зв’язками зсуву”,
Проблеми міцності, № 6, 79-90 (2020).
Скачати PDF Отримано диференціальне рівняння вільних поздовжніх коливань складеного стрижня кругового поперечного перерізу, зовнішня частина якого з’єднана з внутрішньою частиною пружними зв’язками зсуву. Побудовано загальний розв’язок отриманого рівняння четвертого порядку. Описано схему переходу до розв’язку аналогічної задачі у разі призматичної симетричної складової системи. Для незалежного аналізу коливань зовнішньої і внутрішньої частин побудовано окремі розв’язки на основі відповідної трансформації постійних інтегрування в загальному розв’язку. Наведено залежності для визначення переміщень (форм коливань) і частотні рівняння для випадків закріплення складеного стрижня: вільного або жорстко закріпленого по торцях; вільної внутрішньої частини і жорстко закріпленої по торцях зовнішньої. Приведено залежність шуканих величин від жорсткості зв’язків зсуву, яка визначається через параметр μ. Обчислено частоти для змішаного закріплення частин, побудовано основні форми власних коливань і відповідні їм графічні залежності для нормальних та дотичних напружень. Показано, що для знаходження значень параметра μ необхідно експериментально визначити власну (резонансну) частоту коливань. Описано схему визначення μ. Наведено графічну залежність μ від основної частоти для випадку змішаного закріплення. Зі зменшенням μ власна частота зростає. Відмічено практичне значення цього явища для тестування складових систем. Аналіз переміщень, нормальних і дотичних напружень показав, що відношення екстремальних значень переміщень і напружень дорівнює приблизно 10. Установлено, що напружено-деформований стан внутрішньої вільної на торці частини складеного стрижня практично не залежить від жорсткості зв’язків зсуву при коливаннях на основній частоті. Аналіз отриманих результатів свідчить, що вони можуть слугувати основою для експериментального визначення адгезійної міцності при змінному навантаженні. Шуканою характеристикою при цьому буде граничне циклічне дотичне напруження, яке діє між шарами.
Ключові слова: складений стрижень, поздовжні коливання, жорсткість зв’язків зсуву, власні частоти, переміщення, напруження, адгезія, міцність.
С. П. Бісик, В. Г. Корбач, Л. С. Давидовський, О. Г. Нагорський, О.М. Арістархов, А. А. Котляренко, “Оцінка реакції броньової пластини на дію вибуху зарядів різної форми у повітрі та у металевому контейнері”,
Проблеми міцності, № 6, 91-99 (2020).
Скачати PDF Оцінено зміну напружено-деформованого стану броньової пластини в результаті підриву сферичного і циліндричного зарядів вибухової речовини у повітрі та при розміщенні їх у металевому контейнері. Останній використовується при визначенні протимінної стійкості зразків бойових броньованих машин за методикою випробувань AEP-55 Vol.II STANAG 4569. За результатами дослідження установлено співвідношення між значеннями прогину в центрі броньової пластини при підриві сферичного та циліндричного зарядів вибухової речовини у повітрі та у металевому контейнері. Різниця між значеннями прогину між підривом сферичного заряду у повітрі та циліндричного у металевому контейнері сягає 2,8 раза. Показано, що локалізація точки детонації практично не впливає на прогини пластини. Отримані дані можуть бути використані для порівняння досліджень захисних конструкцій бойових броньованих машин, результати яких одержано для зарядів вибухової речовини без урахування металевого контейнера, а також для об’єктивної оцінки рівня їх протимінної стійкості відповідно до методики АЕР-55 Vol.II стандарту НАТО STANAG 4569.
Ключові слова: протимінний захист, вибухове навантаження, бойова броньована машина.
Г. В. Цибаньов, А. І. Новіков, Ю. П. Кураш, “Аналіз швидкості росту втомної тріщини в сталях у зв’язку з пластичними деформуванням і руйнуванням в її вершині. Повідомлення 2. Встановлення взаємозв’язку між параметрами росту втомної тріщини і пластичної деформації”,
Проблеми міцності, № 6, 100-112 (2020).
Скачати PDF У повідомленні 1 приведено методики випробувань на малоциклову втому і циклічну тріщино- стійкість сталі 10ГН2МФА при температурах 20 і 270°С та результати експериментальних досліджень із визначення кінетичних діаграм втомного руйнування і характеристик малоциклового пластичного деформування й руйнування. Наразі ці результати аналізуються з точки зору застосування характеристик циклічної пластичності для опису швидкості росту втомної тріщини. Показано тісний взаємозв’язок між коефіцієнтом циклічного деформаційного зміцнення і показником степеня у рівнянні Періса-Ердогана для сталей ферито-перліт- ного класу. Установлено наявність точки перетину кінетичних діаграм втомного руйнування в області високих швидкостей росту тріщини. Для сталей цього класу визначено параметри зазначеного взаємозв’язку і координати точки перетину. В останньому випадку використано методи оптимізації для визначення мінімуму суми квадратів нев’язок аналізованих функцій. На основі встановленого кореляційного взаємозв’язку показано, що нижнє граничне значення показника степеня, який прогнозується для ідеально пружно-пластичного матеріалу (коефіцієнт циклічного деформаційного зміцнення дорівнює нулю), рівне 1,0. Для інших класів матеріалів та асиметрій циклів навантаження можуть бути отримані подібні залежності у вигляді променів, що виходять з точки (0; 1,0) під відповідним експериментально знайденим кутом нахилу до осей координат. Використання встановленої спільної точки перетину кінетичних діаграм втомного руйнування (точка Гюрні (Gurney)) і кутів їх нахилу до осей координат для ферито-перлітних сталей дозволило розробити методику побудови лінійної ділянки кінетичної діаграми втомного руйнування за результатами випробувань на мало- циклову втому з встановленням залежності амплітуда напруження-амплітуда пластичної деформації. Методику опробовано на сталях 10ГН2МФА за температур 20 і 270°С та SAE 1020 і API 5L X60, узятих із літературних джерел. З огляду на експериментальне розсіювання результатів випробувань на циклічну тріщиностійкість оцінка лінійних ділянок кінетичних діаграм втомного руйнування є цілком задовільною, а запропонована методика їх побудови - прийнятною, але потребує розширення на інші класи матеріалів і асиметрії циклів навантаження.
Ключові слова: малоциклова втома, циклічна тріщиностійкість, кінетична діаграма втомного руйнування, кореляція параметрів пластичності і тріщиностійкості, ферито- перлітна сталь, методика побудови кінетичної діаграми втомного руйнування, сталь 10ГН2МФА.
М. В. Бородій, “Визначення коефіцієнта непропорційного циклічного зміцнення з урахуванням амплітуди навантаження”,
Проблеми міцності, № 6, 113-124 (2020).
Скачати PDF Проаналізовано дослідження з визначення чутливості металевих матеріалів до непропорційного циклічного навантаження та ефекти, що його супроводжують. Розглянуто непрямі методи знаходження коефіцієнта непропорційного циклічного зміцнення матеріалів на основі простих експериментів. Проведено порівняльний аналіз методів при прогнозуванні непропорційного циклічного зміцнення для несинфазного зі зміщенням на 90° двовісного циклічного навантаження з контролем деформацій. Показано, що методи, в яких використовують лише параметри діаграми деформування матеріалів е менш ефективними, бо в них не враховується вплив амплітуди циклічного навантаження на непропорційне зміцнення, який е достатньо суттєвим для металів і сплавів із гранецентрованою кубічною мікроструктурою. Аналіз експериментальних даних, отриманих за циклічного непропорційного деформування нержавіючих та вуглецевих сталей, алюмінієвих і титанових сплавів показав, що коефіцієнт непропорційного циклічного зміцнення змінюється залежно від амплітуди навантаження. Для більшості досліджених матеріалів із гранецентрованою кубічною структурою прослідковується тенденція до збільшення цього коефіцієнта із підвищенням амплітуди циклічного навантаження та до його стабільності або незначного зниження для металів з об’ємноцентрованою кубічною структурою. На основі поведінки переважної більшості матеріалів вибрано логарифмічну функціональну залежність для врахування впливу амплітуди деформування на непропорційне циклічне зміцнення. Запропоновано модифікацію ключового параметра для визначення цього зміцнення, який враховує як характеристики діаграми деформування, так і безрозмірне значення амплітуди циклічного деформування. Показано, що його використання дозволяє отримати кращу кореляцію експериментальних даних із запропонованою раніше автором апроксимаційною залежністю. Результати визначення коефіцієнтів непропорційного циклічного зміцнення за удосконаленим підходом задовольняють вимоги інженерного використання.
Ключові слова: багатовісне деформування, непропорційне деформаційне зміцнення, діаграма деформування, діаграма циклічного деформування, амплітуда навантаження, прогнозування.
В. В. Гайдайчук, В. В. Мозговий, Ю. О. Заєць, “Деякі закономірності зміни полів термонапружень у шаруватих конструкціях дорожніх покриттів”,
Проблеми міцності, № 6, 125-134 (2020).
Скачати PDF Розроблено більш точні механічні і математичні моделі деформування і міцності дорожнього одягу при різних конструктивних схемах, видах матеріалів та впливу транспортних і термомеханічних навантажень. На заключному етапі комп’ютерного аналізу розроблено математичні моделі, в яких використовується скінченноелементна апроксимація, сформульовані у вигляді систем лінійних алгебраїчних рівнянь високих порядків, їх використання дає змогу аналізувати ініціювання руйнувань під дією змінних у часі температурних збурень з урахуванням зумовлених ними змін характеристик жорсткості матеріалу покриття. Особливість розподілу полів температури в конструкції дорожнього одягу полягає в тому, що, незважаючи на порівняно прості її геометричні схеми і форми, функції теплового збурення, що супроводжують термопружні явища, зазнають суттєвих ускладнень. Це робить такі явища нетривіальними, а проблему їх моделювання - трудомісткою. Середовище, в якому температурне поле еволюціонує, є шарувато-неоднорідним, і проблема його моделювання при вибраних значеннях термомеханічних характеристик і розмірах виділеної для розгляду області відноситься до класу сингулярно збурених. При зовнішньому тепловому збуренні розглянутий тепловий потік не встигає проникнути від граничної поверхні в глиб тіла, і температурне поле помітно змінюється лише у вузькій зоні, набуваючи вигляду так званого крайового ефекту. Функція температури не тільки досягає помітного збільшення в крайовій зоні, а й набувають високих значень її градієнти, тобто похідні по просторових змінних, що генерують інтенсивні поля напружень. Розглянуто ефекти перебудови полів температури і напружень у шарувато-неоднорідних конструкціях дорожніх покриттів в умовах добових і сезонних змін температури навколишнього середовища.
Ключові слова: автомобільні дороги, асфальтобетонне покриття, шарувато-неоднорідний півпростір, температурне поле, термонапруження.
М. Р. Музика, А. В. Бойко, “ Метод оцінки залишкових напружень у матеріалі виробу”,
Проблеми міцності, № 6, 135-143 (2020).
Скачати PDF Запропоновано метод визначення рівня поверхневих залишкових напружень у виробі без порушення його цілісності при пружно-пластичній деформації в умовах статичного і циклічного навантаження за параметрами розсіяння характеристик твердості. Поверхневі залишкові напруження в зоні контролю оцінювали за станом структури матеріалу, а не за абсолютним значенням твердості. Як розрахунковий параметр структури, що характеризує ступінь її пошкодження, прийнято коефіцієнт гомогенності структури матеріалу в розподілі Вейбулла, який описує рівень розсіяння масових значень твердості і визначається методом LМ-твердості за результатами прямих багаторазових незалежних вимірювань твердості. Оцінка залишкових напружень базується на кореляційному зв’язку стану пошкодження структури матеріалу із залишковими напруженнями. Шляхом порівняння виміряних значень параметра гомогенності структури матеріалу, що характеризує ступінь її пошкодження в області дії залишкових напружень, зі значеннями параметра гомогенності структури матеріалу в області виробу, вільній від дії залишкових напружень, визначається рівень дії останніх. За відсутності такої області залишкові напруження визначаються шляхом порівняння параметра гомогенності структури матеріалу елемента виробу в області дії залишкових напружень із параметром структури еталонного зразка, виготовленого з такого ж матеріалу та підданого дії тих же робочих навантажень, що і досліджуваний виріб. Якість виробу можна оцінити за наявністю областей з високими концентраціями залишкових напружень, якщо порівняти значення параметрів, отриманих у різних характерних його областях. Кореляційні залежності, що дозволяють обчислити значення залишкових напружень, визначають на підставі попередніх експериментальних досліджень матеріалу зразків шляхом побудови діаграми залежності параметра структури матеріалу від напружень, які в ньому виникають на певному етапі навантаження. Параметр структури матеріалу виробу визначається за розсіюванням масових вимірювань його твердості.
Ключові слова: поверхневі залишкові напруження, статичне навантаження, твердість, розсіювання характеристик твердості, параметр пошкодження структури матеріалу, навантажений стан, електролітичне травлення.
Ю. С. Налімов, В. С. Майборода, Д. Ю. Джулій, М. М. Теслюк, “Вплив комплексної магнітно-абразивної та хіміко-термічної обробки на опір утомі лопаток компресора зі сплаву ВТ8”,
Проблеми міцності, № 6, 144-150 (2020).
Скачати PDF Наведено результати досліджень впливу комплексної магнітно-абразивної і хіміко-термічної обробки на опір утомі лопаток компресора зі сплаву ВТ8. Метод хіміко-термічної обробки поверхні титанового сплаву - це нітроцементація, суть якої полягає в одночасному насиченні поверхні лопатки вуглецем та азотом у газовому середовищі. Магнітно-абразивна обробка лопаток проводиться для формування сприятливих залишкових напружень у поверхневому шарі, які стимулюють процес хіміко-термічної обробки, забезпечують його більш високу ефективність, продуктивність та можливість створення дифузійного шару необхідної глибини й якості. Комплексне використання цих методів дозволяє забезпечити зміцнення деталей як субструктурне, так і формування на поверхні твердого розчину. Наведено результати вимірювань мікротвердості поверхневого шару лопаток у початковому стані та після комплексної обробки. Установлено, що мікротвердість лопатки у початковому стані має тенденцію до сталого зниження з невеликими коливаннями до глибини 0,25 мм, а для лопатки після комплексної обробки (магнітно-абразивна + хіміко-термічна + магнітно-абразивна) маємо наявність трьох піків твердості з більш високими значеннями, ніж для лопаток у початковому стані, до глибини 0,15 мм. Вплив комплексної обробки за технологічним циклом (магнітно-абразивна + хіміко-термічна + магнітно-абразивна) оцінювали за результатами порівняльних випробувань на утому лопаток зі сплаву ВТ8 у початковому стані і після обробки. Випробування лопаток на утому проводили на електродинамічному вібростенді. Після обробки на поверхні лопаток сформувався зміцнений шар, який має більшу мікротвердість та градієнт мікротвердості по глибині, завдяки чому сповільнюється процес розсіяного накопичення пошкоджень при циклічному навантаженні, а границя витривалості лопаток на базі N = 107 цикл на 14% вища, ніж лопаток у початковому стані.
Ключові слова: опір утомі, границя витривалості, сплав ВТ8, магнітно-абразивна і хіміко-термічна обробка, мікротвердість.
М. Махутов, І. Гадоліна, Н. Діняєва, “Моделювання випадкових процесів у задачі втоми при змінному навантаженні” (англ. мов.),
Проблеми міцності, № 6, 151-156 (2020).
Скачати PDF Відомі переконливі докази того, що екстремуми та їх послідовність відіграють важливу роль у втомі металу. У зв’зку з цим випадкове тестування з контролем екстремумів може бути кращим, ніж тестування з генерацією спектральних щільностей. Пропонується метод, що дозволяє генерувати випадкові процеси зі стабільними інтегральними характеристиками кумулятивних розподілів, які в той же час є випадковими за своєю природою. Алгоритм складається з двох кроків. Перший - це створення випадкової послідовності екстремумів на основі цільової марковської матриці, заповненої на основі навантажувального процесу, зафіксованого в процесі експлуатації. Наступним кроком є створення випадкового процесу з його безперервної першої похідної. Було запропоновано та доведено особливу процедуру конкатенації для створення безперервної реконструкції функції на основі точкової специфікації (послідовність локальних максимумів і мінімумів). Для оцінки частотного змісту був проведений регресійний аналіз двох випадкових величин. Отриманий безперервний процес можна піддати спектральному аналізу для отримання функції спектральної щільності, яка може знадобитися при застосуванні деяких методів для оцінки «випадкової» втоми. Основною ознакою запропонованого методу є збіг розрахункових характеристик початкового процесу дощового циклу з результуючим.
Ключові слова: втома металу, випадкове навантаження, лічильник циклів, спектральні методи.
В. С. Бондарь, Д. Р. Абашев, “Пластичність додатково зміцнених матеріалів при циклічному навантаженні” (англ. мов.),
Проблеми міцності, № 6, 157-166 (2020).
Скачати PDF На основі аналізу результатів експериментальних досліджень зразків із нержавіючої сталі 12Х18Н10Т при жорсткому (із контрольованою деформацією) процесі деформування, що включає послідовність монотонних і циклічних режимів навантаження, виявлено деякі особливості і відмінності між ізотропним і анізотропним зміцненням при монотонних і циклічних навантаженнях. Для опису цих особливостей в рамках теорії пластичності (модель Бондаря) в просторі тензора пластичних деформацій вводяться критерій зміни напрямку пластичного деформування та поверхня пам’яті, що дозволяє розділити процеси монотонного і циклічного навантаження. Для опису перехідних процесів формулюються еволюційні рівняння для параметрів ізотропного та анізотропного зміцнення. Порівнюється зміна напружено-деформованого стану в процесі монотонного і циклічного навантаження, отримана шляхом розрахунку й експерименту.
Ключові слова: монотонне і циклічне навантаження, теорія пластичності, поверхня пам’яті, базовий експеримент, метод ідентифікації.
В. М. Кіндрачук, А. Клункер, “Моделювання фазового поля конічних тріщин Герца при сферичному індентуванні” (англ. мов.),
Проблеми міцності, № 6, 167-174 (2020).
Скачати PDF Розроблено модель крихкого руйнування з фазовим полем для моделювання тріщини Герца, що виникла через проникнення твердої сфери в ізотропний лінійно-пружний півпростір. Утворення тріщини розглядається як змінна дифузійного поля, яка дорівнює нулю для неушкодженого матеріалу, і одиниці, якщо є тріщина. Передбачається, що зростання тріщини зумовлено інваріантом деформації. Виконано чисельну реалізацію методом скінченних елементів і неявною схемою інтегрування за часом. Рівняння механічної рівноваги та фазового поля розв’язано в шаховому порядку, послідовно оновлюючи поле зміщення і змінну фазового поля. Продемонстровано чисельні приклади щодо здатності моделі відтворювати зародження і зростання конічної тріщини Герца.
Ключові слова: модель фазового поля, контактна механіка, тріщина Герца.