Анализ циклического деформирования и мало-многоцикловой усталости в условиях одноосного напряженного состояния
Автор: Бондарь В.С., Даншин В.В., Алхимов Д.А.
Статья в выпуске: 4, 2016 года.
Бесплатный доступ
На основе анализа петли пластического гистерезиса сформулированы эволюционные уравнения для трех типов микронапряжений, отвечающих за смещение центра поверхности нагружения, а на их основе уравнения теории пластического течения при комбинированном упрочнении. Интегрирированием эволюционного уравнения для микронапряжений второго типа при жестком симметричном циклическом нагружении с постоянным размахом пластической деформации в условиях одноосного напряженного состояния получены выражения для микронапряжений на п -м полуцикле, а также стабилизированные максимальные и минимальные значения микронапряжений. Далее рассмотрена работа микронапряжений второго типа на поле пластических деформаций и на основе экспериментальных данных показано, что величина этой работы является постоянной характеристикой разрушения в условиях мало-многоцикловой усталости (от 101 до 106 циклов). На основе этих результатов сформулирован критерий мало-многоцикловой усталости. Получены его асимптоты при малом и большом числе циклов до разрушения. Приведено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов по усталости. Проанализировано расчетное и экспериментальное поведение накопленной пластической деформации при мало-многоцикловой усталости. На основе анализа экспериментальных данных по накоплению повреждений при циклических нагружениях сформулировано кинетическое уравнение накопления повреждений, описывающее нелинейные процессы накопления повреждений. Проведено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов при многоблочных циклических нагружениях. Анализируются процессы вышагивания (ratcheting) и посадки петли пластического гистерезиса при несимметричных циклических нагружениях и определяется параметр и его функциональная зависимость, позволяющая описать эти процессы. Проводится сопоставление расчетных и экспериментальных результатов исследования процессов несимметричных мягких и жестких циклических нагружений.
Циклическое нагружение, пластичность, микронапряжения, повреждение, мало-многоцикловая усталость
Короткий адрес: https://sciup.org/146211653
IDR: 146211653 | УДК: 539.374 | DOI: 10.15593/perm.mech/2016.4.04
Analysis on cyclic deformation and low-high-cycle fatigue in uniaxial stress state
Having analyzed the hysteresis loop of plastic, the authors have formulated the evolution equations for three types of backstresses which are responsible for the shift of yield surface; and based on them the equations of the theory of plastic flow under combined hardening have been formulated. By integrating the evolution equation for the backstresses of the second type under rigid symmetric cyclic loading with a constant magnitude of plastic deformation in uniaxial stress state,we have obtained the expressions for the backstresses on the first half cycle and a stable maximum and minimum values of backstresses. After it, we have examined the work of backstresses of the second type on the field of plastic deformations; andbased on the experimental dataitis shown that the value of this work is a constant feature of fracture in the conditions of low-high-cycle fatigue (from 101 to 106 cycles). Based on these results we formulatedthelow-high cycle fatiguecriterion. Its asymptotes at a small and large number of cycles beforefailure have been obtained. The computational and experimental results for fatigue have been compared. The computational and experimental behavior of the accumulated plastic strain underlow-high-cycle fatigue has been analyzed. Kinetic equation of damage accumulation describing the nonlinear process of damage accumulation has been formulated based on the analysis of experimental data with regard to damageaccumulation under cyclic loadings.A comparison of the calculated and experimental results in multi-block cyclic loading is considered. The ratcheting and landing processes with respect to plastic hysteresis loops under asymmetric cyclic loading have been analyzed as well as a parameter and its functional relationship to describe these processes have been determined. Thecomputational and experimental research results of processes in soft and hard asymmetrical cyclic loadings have been compared.
Список литературы Анализ циклического деформирования и мало-многоцикловой усталости в условиях одноосного напряженного состояния
- Новожилов В.В., Кадашевич Ю.И. Микронапряжения в конструкционных материалах. -Л.: Машиностроение, 1990. -224 с.
- Бондарь В.С. Неупругое поведение и разрушение материалов и конструкций при сложном неизотермическом нагружении: дис. … д-ра физ.-мат.наук. -М.: Изд-во МАМИ, 1990. -314 с.
- Бондарь В.С. Неупругость. Варианты теории.-М.: Физматлит, 2004. -144 с.
- Бондарь В.С., Даншин В.В. Пластичность. Пропорциональные и непропорциональные нагружения. -М.: Физматлит, 2008. -176 с.
- Bondar V.S. Inelasticity. Variants of the theory. -New York: Begell House, 2013. -194 p.
- Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. -М.: Физматлит, 2008. -424 с.
- Прикладная теория пластичности/Митенков Ф.М., Волков И.А., Игумнов Л.А., Каплиенко А.В., Коротких Ю.Г., Панов В.А. -М.: Физматлит, 2015. -284 с.
- Волков И.А., Игумнов Л.А., Коротких Ю.Г. Прикладная теория вязкопластичности: монография. -Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та, 2015. -318 с.
- Нелинейная механика материалов/Ж. Бессон, Ж. Каето, Ж.-Л. Шабоши, Т.С. Форест. -СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. -397 с.
- Bari S., Hassan T. An advancement in cyclic plasticity modeling for multiaxial ratcheting simulation//International Journal of Plasticity. -2002. -Vol. 18. -P. 873-894.
- Uniaxial ratcheting and fatigue failure of tempered 42CrMo steel: Damage evolution and damage-coupled viscoplastic constitutive model/G. Kang, Y. Liu, J. Ding, Q. Gao//Int. J. of Plasticity. -2009. -Vol. 25. -P. 838-860.
- Kan Q., Kang G. Constitutive model for uniaxial transformation ratcheting of super-elastic NiTi shape memory alloy at room temperature//Int. J. of Plasticity. -2009 DOI: 10.1016/j.ijplas.2009.08.005
- Chaboche J.-L.A review of some plasticity and viscoplasticity constitutive theories//Int. J. Of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1642-1692.
- Rahman S.M., Hassan T., Corona E. Evaluation of cyclic plasticity models in ratcheting simulation of straight pipes under cyclic bending and steady internal pressure//Int. J. of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1756-1791.
- Abdel-Karim M. Modified kinematic hardening rules for simulations of ratchetting//Int. J. Of Plasticity. -2009. -Vol. 25. -P. 1560-1587.
- Abdel-Karim M. An evaluation for several kinematic hardening rules on prediction of multiaxial stress-controlled ratchetting//Int. J. of Plasticity. -2010. -Vol. 26. -P. 711-730.
- Dafalias Y.F., Feigenbaum H.P. Biaxial ratchetting with novel variations of kinematic hardening//Int. J. of Plasticity. -2011. -Vol. 27. -P. 479-491.
- Chaboche J.-L., Kanouté P., Azzouz F. Cyclic inelastic constitutive equations and their impact on the fatigue life predictions//Int. J. of Plasticity. -2012. -Vol. 35. -P. 44-66.
- Бондарь В.С., Даншин В.В., Макаров Д.А. Математическое моделирование процессов деформирования и накопления повреждений при циклических нагружениях//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2014. -№ 2. -С. 125-152.
- Бондарь В.С., Даншин В.В., Кондратенко А.А. Вариант теории термопластичности//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2015. -№ 2. -С. 21-35.
- Бондарь В.С., Даншин В.В., Кондратенко А.А. Вариант теории термовязкопластичности//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2016. -№ 1. -С. 39-56.
- Бондарь В.С., Горохов В.Б., Санников В.М. Исследование малоцикловой прочности оболочек вращения при сложном теплосиловом нагружении//Прикладные проблемы прочности и пластичности. Механика деформируемых систем: всесоюзн. межвуз. сб. -Горький: Изд-во Горьк. ун-та. -1979. -Вып. 12. -С. 120-126.
- Бернард-Конноли, Бью Куок, Бирон. Усталость коррозионно-стойкой стали 304 при испытаниях в условиях многоступенчатой контролируемой деформации//Теор. основы инж. расчетов. -1983. -№ 3. -С. 47-53.
- Socie D. Multiaxial fatigue damage models//ASME. -1988. -Vol. 3. -P. 9-21.
- Трощенко В.Т., Лебедев А.А., Стрижало В.А. Механическое поведение материалов при различных видах нагружения. -К.: Логос, 2000. -571 с.
- Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. -М.: Машиностроение, 1974. -344 с.
- Макаров Д.А. Математическое моделирование процессов неизотермического неупругого деформирования и накопления повреждений в конструкционных материалах: дис.. канд. физ.-мат. наук. -М.: Изд-во МАМИ, 2005. -108 с.
- Колмогоров В.Л. Напряжение, деформация, разрушение. -М.: Металлургия, 1970. -230 с.
- Development of a Finite Element Based Strain Accumulation Model for the Prediction of Fatigue Lives in Highly Stressed Ti Components/I.V. Putchkov, Y.M. Temis, A.L. Dowson, D. Damri//International Journal of Fatigue. -1995. -Vol. 17. -No. 6. -P. 385-398.
- Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. -М.: Наука, 1979. -295 с.
- Savalle S., Caienatd G.Vicroanureage, Micropropagation et Endommage-mant//La Resherche Aerospatiale. -1982. -Vol. 6. -P. 395-411.
- Jiang Y., Sehitoglu H. Multiaxial cyclic ratcheting under multiple step loading. International journal of Plasticity. -1994. -Vol. 8. -P. 849-870.
- Experimental study jn uniaxial and nonproportionally multiaxial ratcheting of SS304 stainless steel at room and high temperatures/Guozheng Kang, Qing Gao, Lixun Cai, Yafang Sun.//Nuclear Engineering and Design. -2002. -Vol. 216. -P. 13-26.
- Guozheng Kang, Qing Gao, Xianjie Yang. Uniaxial cyclic ratcheting and plastic flow properties of SS304 stainless steel at room and elevated temperatures//Mechanics of Materials. -2002. -Vol. 34. -P. 145-159.
