Calculation of Life Characteristics for Structural Alloys under the Mutual Influence of Fatigue and Long-Term Strength

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

 The processes of degradation of the initial strength properties of polycrystalline structural alloys are considered under mechanisms that combine low-cycle fatigue and long-term strength of the material. From the point of view of mechanics of damaged medium (MDM) and fracture mechanics (FM), a mathematical model that describes the processes of cyclic viscoplastic deformation and damage accumulation in structural alloys under multiaxial disproportionate modes of combined thermomechanical loading has been developed. The model consists of three interrelated components: relations that determine the cyclic viscoplastic behavior of the material by taking into account the dependence on the fracture process; evolutionary equations describing the kinetics of damage accumulation; criterion of the strength of the damaged material. The viscoplasticity model is based on the idea of the existence of plasticity and creep surfaces in stress space and the principle of gradient vectors of plastic and creep strain rates to the corresponding surface at the loading point. This form of the equations of state reflects the main effects of cyclic viscoplastic deformation of the material for arbitrary complex loading trajectories. The form of kinetic equations for damage accumulation is based on the introduction of a scalar damage parameter and on energy principles. It also takes into account the main effects of the formation, growth and merging of microdefects under arbitrary complex modes of combined thermomechanical loading. A joint form of the evolutionary equation for damage accumulation in the areas of low-cycle fatigue and long-term strength of the material is proposed. As a criterion for the strength of a damaged material, the condition for reaching a critical value is used. The material parameters and scalar functions included in the constitutive relations of the MDM mathematical model are obtained. The results of numerical simulation of the processes of deformation and damage accumulation in structural alloys under the mutual influence of low-cycle fatigue and long-term strength of the material are presented. The results of comparison of calculated and experimental data show that the proposed MDM model qualitatively and with the accuracy necessary for practical calculations quantitatively describes the durability of materials under the mutual influence of low-cycle fatigue and long-term strength of the material.

Авторлар туралы

I. Volkov

Research Institute of Mechanics, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: pmptmvgavt@yandex.ru
Nizhny Novgorod, 603600 Russia

L. Igumnov

Research Institute of Mechanics, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: igumnov@mech.unn.ru
Nizhny Novgorod, 603600 Russia

A. Volkov

Research Institute of Mechanics, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: Volkovandr89@gmail.com
Nizhny Novgorod, 603600 Russia

A. Yudintseva

Research Institute of Mechanics, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: anna.iudintseva@gmail.com
Nizhny Novgorod, 603600 Russia

Әдебиет тізімі

  1. Болотин В.В. Прогнозирование машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. 312 с.
  2. Митенков A.М., Кайдалов В.Б., Коротких Ю.Г. и др. Методы обоснования ресурса ЯЭУ. М.: Машиностроение, 2007. 445 с.
  3. Вудфорд Д.А. Повреждение при ползучести и концепция остаточной долговечности // Теор. основы инж. расч. 1979. Т. 101. № 4. С. 1–8.
  4. Маджумар, Мейя. Механическая усталость, зависящая от времени // Теор. основы инж. расч. 1980. Т. 102. № 1. С. 111–121.
  5. Гомюк, Бью Куок. Расчет долговечности коррозионностойкой стали 304 в условиях взаимодействия усталости и ползучести с использованием теории непрерывного повреждения // Теор. основы инж. расч. 1986. № 3. С. 111–136.
  6. Замрик С., Дэвис Д. Применение метода исчерпания пластичности для усталости при одноосном нагружении – оценка повреждения при ползучести для нержавеющей стали 316 // Современное машиностроение. Сер. Б. 1991. № 8. С. 16–24.
  7. Замрик С. Расчет повреждений, обусловленных взаимным влиянием ползучести и усталости нержавеющей стали 316 при осевом нагружении // Современное машиностроение. Сер. Е. 1990. № 7.
  8. Tianyu Zhang, Xiaowei Wang, Wei Zhang, Tasnim Hassan, Jianming Gong. Fatigue–Creep Interaction of P92 Steel and Modified Constitutive Modelling for Simulation of the Responses // Metals. 2020. V. 10. № 3. P. 307–318. https://doi.org/10.3390/met10030307
  9. Дульнев Р.А., Котов П.И. Термическая усталость металлов. М.: Машиностроение, 1980. 200 с.
  10. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. М.: Машиностроение, 1983. 269 с.
  11. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Демьянушко И.В. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 455 с.
  12. Lechie F.A., Hayhurst D.R., Grant. Creep rupture of structure // J. Proc. Roy. Soc. London. 1974. V. 42. P. 323–347
  13. Бойл Дж., Спенс Дж. Анализ напряжений в конструкциях при ползучести. М.: Мир, 1984. 360 с.
  14. Казанцев А.Г. Исследование взаимодействия малоцикловой усталости и ползучести при неизотермическом нагружении // Проблемы прочности. 1985. № 5. С. 25–31.
  15. Бернард-Конноли, Бью Куок, Бирон. Усталость коррозионностойкой стали 304 при испытаниях в условиях многоступенчатой контролируемой деформации // Теор. основы инж. расч. 1983. № 3. С. 47–53.
  16. Volkov I.A., Egunov V.V., Igumnov L.A., Kazakov D.A., Korotkikh Yu.G., Mitenkov F.M. Assessment of the service life of structural steels by using degradation models with allowance for fatigue and creep of the material // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2015. V. 56. №. 6. P. 995–1006.
  17. Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. М.: Физматлит, 2008. 424 с.
  18. Волков И.А., Игумнов Л.А. Введение в континуальную механику поврежденной среды. М.: Физматлит, 2017. 304 с.
  19. Volkov I.A., Korotkikh Y.G. Modeling of fatigue life of materials and structures under low-cycle loading // Mech. Solids. 2014. V. 49. № 3. P. 290–301.
  20. Большухин М.А., Лебедев В.В., Козин А.В., Коротких Ю.Г., Панов В.А., Пахомов В.А. Моделирование процессов накопления повреждений при термопульсациях // Проблемы прочности и пластичности. 2014. Т. 76. № 2. С. 134–143.
  21. Митенков Ф.М., Волков И.А., Игумнов Л.А., Коротких Ю.Г. и др. Прикладная теория пластичности. М.: Физматлит, 2015. 284 с.
  22. Volkov I.A., Tarasov I.S., Smetanin I.V., Igumnov L.A., Kazakov D.A., Shihulin D.N. Constitutive relations of mechanic of a damaged medium for evaluating the creep-rupture strength of structural alloys // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2019. V. 60. №. 1. P. 156–166. https://doi.org/10.1134/S002189441901019X
  23. Волков И.А., Игумнов Л.А., Тарасов И.С., Шишулин Д.Н., Пичков С.Н., Маркова М.Т. Моделирование пластического деформирования поликристаллических конструкционных сплавов при блочных несимметричных режимах мягкого малоциклового нагружения // Проблемы прочности и пластичности. 2019. Т. 81. № 1. С. 63–76.
  24. MacKenzie J.K. The elastic constants of a solids containing spherical holes // Proc. Phys. Soc. 1950. V. B63. P. 2–11.
  25. Трощенко В.Т. Рассеянные усталостные повреждения металлов и сплавов. Сообщение 3. Деформационные энергетические критерии // Проблемы прочности. 2006. № 1. С. 5-31.
  26. Le Xu, Takaki Kojima, Takamoto Itoh Creep-fatigue life evaluation of type 304 stainless steel under non-proportional loading // Int. J. Pressure Vessels Piping. 2021. V. 194. Part A. 104515. URL: doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2021.104515

© И.А. Волков, Л.А. Игумнов, А.И. Волков, А.И. Юдинцева, 2023

Осы сайт cookie-файлдарды пайдаланады

Біздің сайтты пайдалануды жалғастыра отырып, сіз сайттың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ететін cookie файлдарын өңдеуге келісім бересіз.< / br>< / br>cookie файлдары туралы< / a>