Full Text

В настоящее время анализ накопления повреждений, предсказания момента зарождения и последующего роста трещины базируются, в основном, на деформационных, феноменологических, энергетических и микромеханических моделях, которые включают различные переменные, ответственные за появление повреждений на различных этапах циклического нагружения [1, 2]. Главный недостаток подобных подходов вытекает из того факта, что каждый отдельный шаг накопления повреждений использует параметры, которые невозможно определить по результатам прямых физических измерений [3–5]. Одним из наиболее перспективных путей в направлении количественного анализа накопления повреждений может служить использование эволюции микрорельефа поверхности для идентификации момента зарождения трещины [6]. Однако, применение данной методологии сдерживается трудностями, которые связаны с надежным количественным определением параметров микрорельефа поверхности, которые можно использовать в качестве индикаторов повреждаемости. Одним из распространенных подходов является применение различных аналитических или численных моделей накопления повреждений [7–21]. Главное ограничение состоит в том, что количественные параметры, необходимые для надежного использования таких моделей, определяются путем испытания регулярных купонов при одноосном и, иногда, двухосном приложении внешней нагрузки. [22–31]. Применение разрушающих методов для количественного описания процесса накопления повреждений в металлических элементах конструкций представляет один из способов решения данной проблемы [32, 33]. Эффективность предложенной методологии была продемонстрирована, как для исходного [32], так и упрочненного отверстия [33]. Ключевым моментом разработанного подхода является тот факт, что нормализованные величины, как сингулярных, так и несингулярных параметров механики разрушения, полученные для узкого искусственного надреза, который начинается от контура сквозного отверстия в плоском образце, на различных этапах малоцикловой усталости, служат в качестве меры степени поврежденности. В данном случае необходим набор плоских образцов с концентраторами напряжений. Каждый отдельный купон предварительно нагружается до заданного количества циклов, чтобы достигнуть различного уровня поврежденности. Искусственно нанесенный надрез выявляет степень поврежденности материала подобно тому, как зондирующее отверстие вызывает освобождение энергии остаточных напряжений в методе сверления отверстия. Экспериментальный подход основан на оптико-интерференционных измерениях локального деформационного отклика на малое приращение длины надреза. Исходные данные представляют собой тангенциальные компоненты перемещений, которые измеряются методом спекл-интерферометрии непосредственно на берегах надреза. Таким образом, раскрытие в вершине надреза определяется на основе прямых измерений. Переход от измеренных компонент перемещений к величинам коэффициента интенсивности напряжений (КИН) осуществляется с помощью соотношений, основанных на определении коэффициентов Уильямса, которые приведены в работе [34]. Следует, однако, отметить, что реализация подобного подхода требует наличия уникального оборудования, которое дает возможность локального удаления материала в нагруженном образце для обеспечения регистрации картин полос высокого качества. Одним из вариантов решения данной задачи может служить использование интерферометра с мобильным модулем [34]. Кроме того, для получения достаточно подробной функции накопления повреждений необходим набор из 8–10 идентичных образцов. В первую очередь, возникает желание сократить количество необходимых образцов. С этой целью был разработан и верифицирован новый неразрушающий метод количественного анализа процесса накопления повреждений при малоцикловой усталости в зоне концентрации напряжений, в том числе и при наличии контактного взаимодействия [35, 36]. Основной научной новизной разработанного подхода является тот факт, что в качестве текущих индикаторов повреждаемости используются деформационные параметры, а именно – размах максимальных окружных деформаций ∆ε_x^A, максимальные окружные деформации ∆ε_x^(A-MAX) и размах нормальных к поверхности деформаций ∆ε_z^A в точке максимальной концентрации напряжений на контуре отверстия. Вторым важным обстоятельством является тот факт, что в качестве второго предельного состояния служит момент появления короткой поверхностной трещины. В-третьих, данные, необходимые для построения функции накопления повреждений, могут быть получены при исследовании одного образца Описанный выше подход имеет один недостаток, а именно, его применение требует привлечения метода отражательной голографической интерферометрии. Реализация такой процедуры связана со значительными техническими трудностями и требует специализированной лаборатории. Поэтому возникает вопрос о создании более простого неразрушающего метода количественного описания процесса накопления повреждений. С этой целью предлагается использовать вдавливание сферического индентора и измерение деформационного отклика в области контактного отпечатка методом электронной спекл-интерферометрии. Реализация разработанного подхода позволяет идентифицировать три измеряемые величины, которые можно использовать, как текущие параметры повреждаемости. В работе представлена верификация предложенных индикаторов повреждаемости двумя способами. Первый из них включает сравнение трех функций накопления повреждений, полученных на основе вдавливания сферического индентора. Второй подход использует сравнение функций накопление повреждений, которые построены с помощью неразрушающего подхода и разрушающего метода, основанного на нанесении искусственного надреза.

About the authors

Yu. G Matvienko

Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Science, Moscow, Russian Federation

S. I Eleonsky

Central Aero-Hydrodynamics Institute named after Prof. N.E. Zhukovsky, Zhukovsky, Russian Federation

V. S Pisarev

Central Aero-Hydrodynamics Institute named after Prof. N.E. Zhukovsky, Zhukovsky, Russian Federation

References

Statistics

Views

Abstract - 2

PDF (Russian) - 0