Фрактальный анализ поверхности разрушения сплава амг6 при усталостном и динамическом нагружении
Автор: Оборин В.А., Банников М.В., Баяндин Ю.В., Соковиков М.А., Билалов Д.А., Наймарк О.Б.
Статья в выпуске: 2, 2015 года.
Бесплатный доступ
Исследованы локализация деформации при высокоскоростном деформировании и распространение усталостных трещин в режиме гигациклового нагружения в сплаве алюминия и магния АМг6. Локализация пластической деформации в условиях, близких к чистому сдвигу, исследовалась на образцах типа «сдвиг-сжатие», которые испытывались на разрезном стержне Гопкинсона-Кольского. После эксперимента сохраненные образцы подвергались микроструктурному анализу с помощью оптического интерферометра-профилометра New-View 5010. Усталостное нагружение осуществлялось на ультразвуковой испытательной машине Shimadzu USF-2000, которая позволяет испытывать образцы на базе 10 9-10 10 циклов с амплитудой от одного и до нескольких десятков микрон с частотой 20 кГц, что сокращает время испытания до нескольких дней, в отличие от классических усталостных установок, в которых такое число циклов достигается за годы испытаний. В качестве метода количественного анализа для установления корреляций между механическими свойствами и масштабно-инвариантными (скейлинговыми) характеристиками дефектных структур, формирующихся в процессе динамического нагружения, и гигацикловой усталости использовались данные профилометрии, полученные с помощью интерферометра-профилометра New View 5010 (разрешение от 0,1 нм). В статье предложено оригинальное кинетическое уравнение, устанавливающее связь между скоростью роста усталостной трещины, изменением коэффициента интенсивности напряжений и масштабными инвариантами, характеризующими коррелированное поведение дефектов различных структурных уровней. Показана связь параметров кинетического уравнения (показатель степени в обобщенном законе Пэриса) с масштабными инвариантами дефектных структур, формирующих рельеф поверхности разрушения в процессе гигациклового нагружения.
Разрушение, гигацикловая усталость, скейлинг, морфология поверхности, фрактальный анализ, закон пэриса
Короткий адрес: https://sciup.org/146211555
IDR: 146211555 | DOI: 10.15593/perm.mech/2015.2.07
Список литературы Фрактальный анализ поверхности разрушения сплава амг6 при усталостном и динамическом нагружении
- Zaiser M. Scale invariance in plastic flow of crystalline solids//Advances in Physics. -2006. -Vol. 55. -P. 185-245.
- Федер Е. Фракталы. -М.: Мир, 1991. -254 с.
- Bouchaud E. Scaling properties of cracks//J. Phys. Condens. Matter. -1997. -Vol. 9. -P. 4319-4344.
- Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. -N.Y.: Freeman, 1983. -480 p.
- Paris P., Lados D., Tad H. Reflections on identifying the real DKeffective in the threshold region and beyond//Engineering Fracture Mechanics. -2008. -Vol. 75. -P. 299-3052.
- Barenblatt G.I. Scaling phenomena in fatigue and fracture//Int. J. of Fracture. -2006. -Vol. 138. -P. 19-35.
- Ritchie R.O. Incomplete self-similarity and fatigue-crack growth//Int. J. of Fracture. -2005. -Vol. 132. -P. 197-203.
- Масштабная инвариантность роста усталостной трещины при гигацикловом режиме нагружения/В.А. Оборин, М.В. Банников, О.Б. Наймарк, T. Palin-Luc//Письма в журнал технической физики. -2010. -Т. 36. -Вып. 22. -C. 76-82.
- Ботвина Л.Р. Гигацикловая усталость -новая проблема физики и механики разрушения//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2004. -Т. 70, № 4. -С. 41.
- Bathias С., Paris P.C. Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. -New York: CRC Press, 2004. -328 p.
- Microstructure scaling properties and fatigue resistance of pre-strained aluminium alloys (part 1: Al-Cu alloy)/C. Froustey, O. Naimark, M. Bannikov, V. Oborin//European Journal of Mechanics A/Solids. -2010. -Vol. 29. -P. 1008-1014.
- A wavelet-based method for multifractal analysis in medical signals: application to dynamic infrared thermograms of breast cancer/E. Gerasimova, B. Audit, S.-G. Roux, A. Khalil, O. Gileva, F. Argoul, O. Naimark, A. Arneodo//Nonlinear dynamics of electronic systems. Communication in computer and information science. -2014. -Vol. 438. -P. 288-300.
- Scaling behavior of high resolution temporal rainfall: New insights from a wavelet-based cumulant analysis/V. Venugopal, S.G. Roux, E. Foufoula-Georgiou, A. Arneodo//Phys. Let. A. -2006. -Vol. 348. -P. 335-345.
- Rittel D., G. Ravichandran, Venkert A. The mechanical response of pure iron at high strain rates under dominant shear//Materials Science and Engineering A. -2006. -Vol. 432. -P. 191-201.
