Анализ моделей многоосной усталости по результатам двухосных испытаний для алюминиевых сплавов

Анализ моделей многоосной усталости по результатам двухосных испытаний для алюминиевых сплавов

Автор: Габэ А.А., Вильдеман В.Э., Янкин А.С.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 1, 2022 года.

Бесплатный доступ

В процессе эксплуатации детали современных машин и их узлыподвергаются сложным циклическим нагрузкам. При этом в изделиях может возникать сложное напряженно-деформированное состояние, что может приводить к существенному снижению их усталостной долговечности. В связи с этим актуальным становится развитие методов предсказания усталостного разрушения ответственных конструкций. Осуществлена проверка простого подхода для описания представленных в литературе экспериментальных данных по многоосной усталости и его сравнение с известными моделями многоосной усталости. В рамках исследования рассматривались актуальные экспериментальные работы, содержащие опытные данные по многоосной усталости алюминиевых сплавов 2024-Т3 и 2024-Т4, которые активно используются в конструкциях самолётов, судов и космических аппаратов. В результате были рассмотрены модель Сайнс и её модернизированная версия (с учётом первого инварианта тензора напряжений по амплитудным значениям). При этом был разработан подход по определению констант моделей по результатам двух вариантов установочных опытов. В работе представлены результаты в виде зависимостей расчётного и экспериментального числа циклов до разрушения, полученных с использованием моделей Сайнс и её модификации по двум видам установочных испытаний. В заключительной части работы проведён сравнительный анализ моделей Сайнс и её модификации, Смит - Ватсон - Топпер, Фатеми - Сосии и её модификации. Анализ показал, что модернизация модели Сайнс существенно улучшает её предсказательную способность, предложенная модель лучше описывает экспериментальные данные, чем традиционная модель Сайнс и подход Смит-Ватсон-Топпер. При этом описательная способность модели сопоставима с моделью Фатеми - Соси.

Еще

Усталость, многоосное нагружение, смешанные моды нагружения, сложное напряженное состояние, долговечность, модели многоосной усталости, алюминиевый сплав, растяжение, кручение, сдвиг фаз

Короткий адрес: https://sciup.org/146282436

IDR: 146282436

Список литературы Анализ моделей многоосной усталости по результатам двухосных испытаний для алюминиевых сплавов

  • Голуб В.П., Крижановский В.И., Пелых В.Н. Об одном методе расчета усталостной долговечности при комбинированном нагружении симметричным изгибом и кручением // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. – 2012. – № 66. – С. 32–37.
  • Application of the Theory of Critical Distances to predict the effect of induced and process inherent defects for SLM Ti-6Al-4V in High Cycle Fatigue / B. Gillham, A.S. Yankin, F. McNamara, C. Tomonto, D. Taylor, R. Lupoi // CIRP Annals Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 70 (1). – P. 171–174.
  • Fatigue behavior of foreign object damaged 7075 heat treated aluminum alloy coated with PVD WC/C / S. Baragetti, R. Gerosa, B. Rivolta, G. Silva, F. Tordini // Procedia Engineering. – 2011. – Vol. 10. – P. 3375–3380.
  • Ruschau J., Thompson S.R., Nicholas T. High cycle fatigue limit stresses for airfoils subjected to foreign object damage // International Journal of Fatigue. – 2003. – Vol. 25 (9–11). – P. 955–962.
  • Susmel L. Multiaxial notch fatigue: from nominal to local stress-strain quantities. – Cambridge, UK: Woodhead, 2009.
  • Вильдеман В.Э., Староверов О.А., Третьяков М.П. Экспериментальное исследование влияния режимов двухосного циклического нагружения на усталостную долговечность алюминиевого сплава // Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций: сборник материалов XII Международной конференции. – Екатеринбург, 2018. – С. 376–377.
  • Ильиных А.В., Вильдеман В.Э., Третьяков М.П. Экспериментальное исследование механического поведения конструкционных сплавов при двухосном циклическом нагружении // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2017. – № 51. – С. 115–123.
  • Thom M. The elastic-plastic response of aluminum alloys under multiaxial fatigue loading. M.Sc. Thesis, Department of Mechanical Engineering [Электронный ресурс]. – Washington, 2007. – URL: https: //search.proquest.com/docview/1928557863/BBA507E3A1574DD9PQ/1?accountid=30414 (дата обращения: 17.01.2022).
  • Lu C., Melendez J., Martinez-Esnaola J.M. A universally applicable multiaxial fatigue criterion in 2D cyclic loading // International Journal of Fracture. – 2018. – Vol. 110. – P. 95–104.
  • Путятин А.Н., Черезов А.А. Основы механики разрушения: методические указания к самостоятельной работе. – Кемерово: КузГТУ, 2013. – 100 с.
  • Yankin A.S., Wildemann V.E., Mugatarov A.I. Influence of different loading paths on the multiaxial fatigue behavior of 2024 aluminum alloy under the same amplitude values of the second invariant of the stress deviator tensor // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2021. – Vol. 55. – P. 327–335.
  • Zhang J., Shi X., Fei B. High cycle fatigue and fracture mode analysis of 2A12–T4 aluminum alloy under out-of-phase axial–torsion constant amplitude loading // International Journal of Fatigue. – 2012. – Vol. 38. – P. 144–154.
  • Biaxial fatigue behavior of gradient structural purity titanium under in-phase and out-of-phase loading / Q. Wang, C. Xin, Q. Sun, L. Xiao, J. Sun // Int. J. Fatigue. – 2018. – Vol. 116. – P. 602–609.
  • Crack initiation and propagation of 30CrMnSiA steel under uniaxial and multiaxial cyclic loading / T. Liu, X. Shi, J. Zhang, B. Fei // Int. J. Fatigue. – 2019. – Vol. 122. – P. 240–255.
  • Skibicki D., Pejkowski L. Low-cycle multiaxial fatigue behavior and fatigue life prediction for CuZn37 brass using the stressstrain models // Int. J. Fatigue. – 2017. – Vol. 102. – P. 18–36.
  • Influence of the biaxial loading regimes on fatigue life of 2024 aluminum alloy and 40CrMnMo steel / V.E. Wildemann, M.P. Tretyakov, O.A. Staroverov, A.S. Yankin // PNRPU Mechanics Bulletin. – 2018. – Vol. 4. – P. 169–177.
  • Mocilnik V., Gubeljak N. and Predan J. The Influence of a Static Constant Normal Stress Level on the Fatigue Resistance of High Strength Spring SteelTheor // Appl. Fract. Mech. – 2017. – Vol. 91. – P. 139–147.
  • Influence of static mean stresses on the fatigue behavior of 2024 aluminum alloy under multiaxial loading / A.S. Yankin [et al.] // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2020. – Vol. 14 (51). – P. 151–163.
  • Karolczuk A., Macha E. A review of critical plane orientations in multiaxial fatigue failure criteria of metallic materials // International Journal of Fracture. – 2005. – Vol. 134, № 3. – P. 267–304.
  • Шаманин Ю.А. Усталостная прочность – титановых сплавов при синфазном действии переменных нормальных и касательных напряжений // Проблемы прочности. – 1984. – № 12. – С. 26–27.
  • Jones J.D., Kurath P. Cyclic fatigue damage characteristics observed for simple loadings extended to multiaxial life prediction. – NASA Contractor Report 182126, 1988. – 102 p.
  • Evaluation and comparison of critical plane criteria for multiaxial fatigue analysis of ductile and brittle materials / S.-P. Zhu [et al.] // International Journal of Fatigue. – 2018. – Vol. 112. – P. 279–288.
  • Ma S., Markert B., Yuan H. Multiaxial fatigue life assessment of sintered porous iron under proportional and nonproportional loadings // International Journal of Fatigue. – 2017. – Vol. 97. – P. 214–226.
  • Kurek M., Lagoda T. Including of ratio of fatigue limits from bending and torsion for estimation fatigue life under cyclic loading // Procedia Materials Science. – 2016. – Vol. 12. – P. 30–35.
  • Kallmeyer R.A., Krgo A., Kurath P. Evaluation of multiaxial fatigue life prediction methodologies for Ti6Al4V // Journal of Engineering Materials and Technology. – 2002. – Vol. 124, № 2. – P. 229–237.
  • Reis L., Li and de Freitas M. Biaxial fatigue for proportional and non-proportional loading paths // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. – 2004. – Vol. 27. – P. 775–784.
  • Щепакин Е.О. Критерии оценки многоцикловой механической выносливости при сложном напряженном состоянии // Молодой ученый. – 2017. – № 21. – С. 163–168.
  • Xia T.-X., Yao W.-X. Comparative research on the accumulative damage rules under multiaxial block loading spectrum for 2024-T4 aluminum alloy // International Journal of Fatigue. – 2013. – Vol. 48. – P. 257–265.
  • A novel accumulative fatigue damage model for multiaxial step spectrum considering the variations of loading amplitude and loading path / T. Xia [et al.] // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. – 2015. – Vol. 39. – P. 194–205.
  • Wang X.-W., Shang D.-G. Determination of the critical plane by a weight-function method based on the maximum shear stress plane under multiaxial high-cycle loading // International Journal of Fatigue. – 2016. – Vol. 90. – P. 36–46.
  • Gates N.R., Fatemi A. On the consideration of normal and shear stress interaction in multiaxial fatigue damage analysis // International Journal of Fatigue. – 2017. – Vol. 100. – P. 322–336.
  • Sines G., Failure of materials under combined repeated stresses with superimposed static stresses // National Advisory Committee for Aeronautics technical note 3495. – 1955. – 72 p.
Еще
Статья научная
SciUp 2024 © 2024 ©