ИСТИНА

Проблема прогнозирования ресурса многих элементов конструкций, в т.ч. различных валов, осей транспортных средств, лопаток и дисков компрессоров и газовых турбин, элементов летательных аппаратов, связана, в т.ч. с моделированием многомасштабной эволюции дефектных структур при одновременном действии различных комбинаций циклических и постоянных нагрузок в областях много- и гигацикловой усталости на основе результатов современных методов структурного анализа, чему и посвящена эта работа. В ней представляются результаты анализа развития усталостного разрушения в титановых и никелевых сплавах при одноосном нагружении с асимметрией цикла r (под которой понимается отношение постоянной компоненты к амплитуде) на примере титанового сплава ВТ3-1 и никелевого сплава ЭИ437Б по теории усталостного масштабно-структурного разрушения. На основе системы гипотез о стадийном развитии дефектов на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях формулируются определяющие соотношения для функции распределения вероятности достижения предельных состояний на каждом из уровней и строится система предельных кривых по уровням дефектности. В качестве переменной выбирается амплитуда напряжения, материальные функции определяются в зависимости от параметра асимметрии цикла и частоты нагружения по данным усталостных испытаний с учетом результатов физических исследований по развитию хрупких трещин. В результате проведенного анализа получено, что области развития и предельные состояния дефектов для сплавов практически не зависят от частоты нагружения (что также справедливо для большого ряда никелевых сплавов, например, для сплава Удимет 500 и Инконель 718). Выбираются определяющие функции модели. При симметричном ультразвуковом нагружении находятся материальные константы для дефектов первых четырех уровней, материальные константы на пятом и шестом мезоуровне определяются по данным сервогидравлических резонансных испытаний при симметричном нагружении. Построенная кривая усталости по мезодефектам (по образованию макротрещины-лидера) удовлетворительно описывает данные экспериментов в областях много- и гигацикловой усталости. Например, для никелевого сплава ЭИ437Б при N=8*108 циклов и r=1 предельное максимальное напряжение больше в 1.3 раза по сравнению с симметричным циклом, при r=2.07 – в 1. 48 раза, при r=–0.57 амплитуда напряжений увеличивается на 12% по сравнению с симметричным циклом, при r=–1 — на 32%, что подтверждается опытными данными. На основе анализа закономерностей развития дефектов предлагаются выражения для зависимости базовых констант от асимметрии цикла, —2≤r≤3. Результаты расчетов для сплавов представляются в виде предельных поверхностей микро- и макроразрушения в координатах: максимальное значение напряжения в цикле, число циклов N и r. Линии уровня r=const – расчетные предельные кривые при заданной асимметрии цикла, линии уровня N=const – диаграммы Хея и Смита. Результаты удовлетворительно соответствуют опытным данным. В экспериментах на никелевых сплавах при r≥3 и ультразвуковых колебаниях наблюдается циклическая ползучесть. В этом случае влияние цикличности нагружения на прочность предлагается рассматривать как влияние температуры, и строить зависимости предельных максимальных напряжений от числа циклов на основе кривых длительной прочности. На практике интерес представляет высокотемпературная усталость титановых и никелевых сплавов в условиях нагружений с асимметричным циклом при различных частотах, что будет изучаться в дальнейшем. 1. Zavoychinskaya E. A Stochastic Theory of Scale-Structural Fatigue and Structure Durability at Operational Loading. Understanding complex systems, Springer Nature Switzerland AG, 2021. pp.71-89. 2. Zavoychinskaya E. On the Theory of Scale Structural Fatigue of Metals at the Proportional Loading. Journal of Physics, 1431, 2020. pp. 012024-012032.