Оценка ресурсных характеристик жаропрочных сплавов при циклическом термомеханическом нагружении
Автор: Волков И.А., Игумнов Л.А.
Статья в выпуске: 3, 2016 года.
Бесплатный доступ
Обсуждается проблема оценки прочности и ресурса ответственных инженерных объектов, эксплуатационные свойства которых характеризуются многопараметрическими нестационарными термомеханическими воздействиями. Рассмотрены основные деградационные механизмы конструкционных материалов (металлов и их сплавов), характерные для данных объектов. Сформулированы основные требования к математическим моделям накопления усталостных повреждений. Рассматриваются основные физические закономерности сложного термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений в конструкционных материалах (металлах и их сплавах) при различных режимах комбинированного термомеханического нагружения и их основные отличия от изотермических усталостных процессов. С современных позиций механики повреждённой среды (МПС) развита математическая модель, описывающая процессы циклического термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений в конструкционных сплавах при многоосных непропорциональных путях комбинированного термомеханического нагружения. Модель МПС состоит из трёх взаимосвязанных частей определяющих соотношений термопластичности с учётом их зависимости от процесса разрушения, эволюционных уравнений накопления усталостных повреждений и критерия прочности повреждённого материала. Показано,что при известных параметрах уравнений циклической термопластичности по одной экспериментальной точке на усталостной кривой определяются параметры эволюционных уравнений накопления повреждений, с помощью которых кривые малоцикловой усталости для различных сложных траекторий деформирования восстанавливаются с высокой точностью расчётным путём. Приводятся результаты численного моделирования циклического термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений в жаропрочных сплавах (Haynes188) при комбинированном термомеханическом нагружении. Особое внимание уделяется вопросам моделирования процессов циклического термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений для сложных процессов деформирования, сопровождающихся вращением главных площадок тензоров напряжений и деформаций.
Моделирование, пластичность, термоциклическая прочность, сложное деформирование, напряжённо-деформированное состояние, механика повреждённой среды, усталостная долговечность, прочность, разрушение, ресурс
Короткий адрес: https://sciup.org/146211628
IDR: 146211628 | DOI: 10.15593/perm.mech/2016.3.18
Список литературы Оценка ресурсных характеристик жаропрочных сплавов при циклическом термомеханическом нагружении
- Методы обоснования ресурса ЯЭУ/A.М. Митенков, В.Б. Кайдалов, Ю.Г. Коротких . -М.: Машиностроение, 2007. -445 с.
- Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. -М.: Физматлит, 2008. -424 с.
- Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. -М.: Мир, 1984. -624 с.
- Корум, Сартори. Оценка современной методологии проектирования высокотемпературных элементов конструкций на основе экспериментов по их разрушению//Теоретические основы инженерных расчетов. -1988. -№ 1. -С. 104-118.
- Исследование термоциклической долговечности деталей с различными углами наклона охлаждаемых каналов/Н.Г. Бычков, А.Р. Лепёшкин, А.В. Першин, А.Д. Рекин, В.П. Лукаш//Авиационно-космическая техника и технологии. -2009. -№. 10 (67). -С. 113-117.
- Капустин С.А., Чурилов Ю.А., Горохов В.А. Моделирование нелинейного деформирования и разрушения конструкций в условиях многофакторных воздействий на основе МКЭ: моногр. -Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та им. Н.И. Лобачевского, 2015. -347 с.
- Hulford G. R. Low cycle thermal fatigue. Mechanics and Mathematical Methods//F Thermal stress II. Chapter 6. Elsevier Science Publishers B.V., 1987. -P. 329-428.
- Исследование малоцикловой прочности при высоких температурах/под. ред. С.В. Серенсена. -М.: Наука, 1975.
- Chaboche J.L. Constitutive equation for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity//Int. J. Plasticity. -1989. -Vol. 5, No. 3. -P. 247-302.
- Bernard-Connolly M., Biron A., Bue-Quic T. Low-cycle fatigue behaviour and cumulative dormage effect of SA-516-70 steel at room and high temperature//Journal Random Fatigue Life Predictions Asme Publ. -1980. -Р. 297-302.
- Гусенков А.П., Казанцев А.Г. Прочность при малоцикловом и длительном циклическом нагружении и нагреве//Машиноведение. -1979. -№ 3. -С. 59-65.
- Сентоглу. Влияние ограничений на термомеханическую усталость//Теоретические основы инженерных расчетов. -1985. -№ 3. -С. 74-83.
- Liang Jin, Pellox R.M., Xie Xishan Thermomechanical fatique behavior of a nickel base superalloy//Chin. J. Met. Sci. Technol. -1989. -Vol. 5. -P. 1-7.
- Temis Y.M., Azmetov K.K., Fakeev A.I. Numerical simulation of nonisothermal plasticity and thermomechanical fatigue of turbomachinery components//Computational Plasticity XII: Fundamentals and Applications -Proceedings of the 12th International Conference on Computational Plasticity -Fundamentals and Applications, COMPLAS, 2013. -С. 1130-1141.
- Экспериментально-теоретическое исследование усталости материалов и конструкций в условиях высокотемпературных многоцикловых нагружений/А.А. Антипов, А.Н. Горохов, В.А. Горохов, Д.А. Казаков, С.А. Капустин//Проблемы прочности и пластичности. -2014. -Т. 76, № 1. -С. 26-38.
- Волков И.А, Коротких Ю.Г., Тарасов И.С. Моделирование сложного пластического деформирования и разрушения металлов при многоосном непропорциональном нагружении//ПМТФ. -2009. -Т. 50, № 5. -С. 193-205.
- Коротких Ю.Г., Волков И.А., Игумнов Л.А., Шишулин Д.Н., Тарасов И.С. Моделирование процессов неупругого деформирования и разрушения жаропрочных сплавов при циклическом термомеханическом нагружении//Проблемы прочности и пластичности. -2015. -Вып. 77, № 4. -С. 329-343.
- Боднер С.Р., Линдхолм У.С. Критерий приращения повреждения для зависящего от времени разрушения материалов//Тр. Амер. о-ва инж.-мех. Сер. Д. Теор. основы инж. расчетов. -1976. -Т. 100, № 2. -С. 51-58.
- Леметр Ж. Континуальная модель повреждения, используемая для расчёта разрушения пластичных материалов//Тр. Амер. о-ва инж.-мех. Сер. Д. Теор. основы инж. расчетов. -1985. -Т. 107, № 1. -С. 90-98.
- Murakami S., Imaizumi T. Mechanical description of creep damage and its experimental verification//J. Méc. Théor. Appl. -1982. -Vol. 1. -P. 743-761.
- Bondar’ V.S., Danshin V.V. Mathematical simulation of cyclic thermoviscoplastic deformation and fracture of materials//Strength of Materials. -2014. -Т. 46, № 5. -С. 613-618.
- 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., Семенов П.В Нелинейные процессы накопления повреждений при циклических нагружениях//Проблемы прочности и пластичности. -2013. -Т. 75, № 2. -С. 96-104.
- Волков И.А, Коротких Ю.Г. Моделирование процессов усталостной долговечности материалов и конструкций при малоцикловом нагружении//Механика твёрдого тела. Изв. РАН. -2014. -№ 3. -С. 66-78.
- Оценка ресурсных характеристик конструкционных сталей с использованием модели деградации, учитывающих усталость и ползучесть материала/И.А. Волков, В.В. Егунов, Л.А. Игумнов, Д.А. Казаков, Ю.Г. Коротких, Ф.Н. Митенков//ПМТФ. -2015. -Т. 56, № 6. -С. 70-83.
- HAYNES® 188 ALLOY. STANDART PRODUCTS by Brand or Alloy Designation H-3001B/Global Headquarters 1020 West Park Avenue, P.O. Box 9013. Kokomo, Indiana 46904-9013 (USA).
- Kalluri S., Bonacuse P.J. An axial-torsional termomechanical fatique testing technique//Preparade for the Symposium on multiaxial fatique and deformation testing techniques. Denver, Colorado, may 15. 1995. -25 p.
- Маковкин Г.А. Моделирование циклического упрочнения при блочном непропорциональном деформировании//Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения: межвуз. сб. -М., 1997. -С. 62-69.
- Бантхья, Мукерджи Об усовершенствованной схеме интегрирования по времени для системы определяющих соотношений неупругой деформации с нелинейностью жёсткого типа//Теоретические основы инженерных расчётов. -1985. -№ 4. -С. 54-60.
- Кумар, Морджариа, Мукерджи Численное интегрирование связанных определяющих моделей неупругой деформации//Journal of Eng. Mater. Technol. -1980. -№ 1. -P. 97-100.
- Программная реализация процессов вязкопластического деформирования и накопления повреждений в конструкционных сплавах при термомеханическом нагружении/И.А. Волков, Л.А. Игумнов, Ю.Г. Коротких, Д.А. Казаков, А.А. Емельянов, И.С. Тарасов, М.А. Гусева//Проблемы прочности и пластичности. -2016. Вып. 78, № 2. -С. 119-134.
