Вплив циклічного деформування на неоднорідність фізико-механічних властивостей поверхневого шару конструкційних металевих матеріалів під час втоми - Автореферат

В елементах конструкцій сучасної техніки під дією циклічних навантажень відбувається поступове накопичення пошкоджень, що призводять до зміни властивостей їх матеріалів з подальшим руйнуванням. Одним з основних факторів, що впливають на вірогідність оцінки поточного стану пошкодженості конструкційного матеріалу, є чутливість прийнятого параметра до мікропластичних деформацій, які відбуваються у матеріалі поступово на декількох структурних рівнях: субмікроскопічному, мікроскопічному та мезорівні. Метою дослідження було визначити закономірності пошкоджуваності полікристалічного конструкційного матеріалу під час багатоциклової втоми, на стадії розсіяного пошкоджування, за встановленими кінетичними характеристиками розподілу параметра пошкодженості, виміряного у локальних зонах поверхневого шару. Для досягнення поставленої мети було сформульовано наступні задачі: Розробити методику контролю параметра пошкодженості конструкційного матеріалу під час втоми за статистичними характеристиками його розподілу, визначеного у локальних зонах поверхневого шару зразка досліджуваного матеріалу. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості застосування розробленого методу та вимірювально-обчислювальної системи для визначення розкиду параметра пошкодженості поверхневого шару конструкційного матеріалу у разі неруйнівного контролю його стану під час втоми; застосування отриманих результатів для оптимізації тривалості втомних випробувань конструкційних матеріалів; підвищення надійності конструкцій з регулярною структурою однорідних робочих елементів деталей машин та конструкцій.Втомне руйнування є однією з найбільш імовірних причин відмови сучасного обладнання, що повязано з високими експлуатаційними навантаженнями.Полікристалічний конструкційний матеріал характеризується природною структурною неоднорідністю, повязаною з особливостями його будови та рядом технологічних чинників, що суттєво впливають на опір втомі (знижують характеристики опору втомі). Втомне пошкодження відбувається за напружень, які не перевищують границю пружності конструкційного матеріалу і не призводять до виникнення макропластичної деформації в елементах конструкцій та деталях, яку приймають за міру пошкодженості у разі пластичного деформування. Такі особливості деформування полікристалічного матеріалу під час втоми призводять до локалізації зон пластичного деформування, розподіл яких у навантаженому обємі має дискретний характер і може описуватися статистичним законом розподілу (найбільш поширеним є розподіл Гауса). Дослідження вказаного явища можливо із застосуванням методів контролю, чутливих до рівня непружних деформацій, які виникають у матеріалі за напружень близьких до границі витривалості. Зважаючи на стадії розсіяного пошкоджування під час втоми, у роботі зроблено висновок про необхідність дослідження кінетики пошкоджуваності з урахуванням характерних масштабів структури, які зумовлюють дискретну локальність втоми полікристалічного матеріалу, що особливо важливо на початковому етапі навантажування (10 % довговічності).Такий обсяг вибірки відповідає кожній точці на побудованих діаграмах (рис. Достовірність статистичних вимірів кута зсуву фаз визначає обсяг його вибірки. Побудовано характеристики розподілу зсуву фаз із застосуванням розробленого методу у координатах "дисперсія кута зсуву фаз - циклічна довговічність" для різних значень амплітуд напружень циклу (представлені на рис. У разі деформування конструкційного матеріалу одночасно діють два основні механізми пошкоджуваності: зміцнення та знеміцнення, превалювання одного з них визначає загальний характер кінетики пошкоджуваності. Якщо прийнятий за перший член розрахункового ряду перший екстремум зміцнення на характеристиці не задовольняв умові (7), то перший екстремум на характеристиці приймали за другий член розрахункового ряду.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Писаренко Г.Г. Развитие дискретной неупругости в алюминиевом сплаве при циклическом нагружении (на англ. яз.) / Г.Г. Писаренко, А.В. Войналович, А.Н. Майло // Пробл. прочности - 2009. - № 1. - С. 141-146. Здобувачем розроблено методику отримання характеристик пошкоджуваності та поставлення експерименту.

2. Писаренко Г.Г. Звязок локальної непружності зі втомою алюмінієвого сплаву Д 16Т, обробленого імпульсами електричного струму / Г.Г. Писаренко, А.І. Бабуцький, А.М. Майло // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2009. - № 3. - С. 7-11. Здобувачем проведено дослідження впливу неоднорідності розподілу параметра пошкодженості на довговічність сплаву Д 16Т.

3. Майло А.Н. Резонансный метод контроля неупругости конструкционных материалов / А.Н. Майло // Пробл. прочности - 2009. - № 3. - С. 124-133.

4. Писаренко Г.Г. Влияние циклического нагружения на локальные структурные изменения в жаропрочном сплаве /Г.Г. Писаренко, И.М. Васинюк, А.В. Войналович, П.М. Копчевский, А.Н. Майло // Пробл. прочности - 2008. - № 2. - С. 98-104. Здобувачеві належить методика оброблення результатів втомних випробувань, побудова характеристик пошкоджуваності жароміцного сплаву.

5. Майло А.М. Закономірності розподілу локальної непружності сплаву Д 16Т в умовах статичного розтягу / А.М. Майло // Пробл. прочности - 2009. - № 4. - С. 141-148.

6. Войналович О.В. Розподіл локальної непружності при циклічному навантажуванні металевих матеріалів / О.В. Войналович, Г.Г. Писаренко, П.М. Копчевський, А.М. Майло // Механічна втома металів / Тернопіл. держ. техн. ун-т ім. Івана Пулюя. - Тернопіль, 2006. - С. 204-207. Здобувачем отримано характеристики пошкоджуваності за розподілом параметра пошкодженості у локальних зонах поверхневого шару зразка конструкційного металевого матеріалу.

7. Писаренко Г.Г. Исследование распределения локальной неупругости в конструкционных материалах, испытанных в широком диапазоне частот нагружения / Г.Г. Писаренко, А.В. Войналович, П.М. Копчевский, А.Н. Майло // Деформация и разрушение материалов / Институт металлургии им. А.А. Байкова РАН. - М., 2006. - С. 20-21. Здобувачеві належить методика поставлення експерименту втомних випробувань за різних частот навантажування та побудова характеристик параметра пошкодженості.

8. Писаренко Г.Г. Дискретные явления неупругости при усталости металлических материалов / Г.Г. Писаренко, А.Н. Майло, А.В. Войналович // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов / Ин-т металлургии им. А.А. Байкова РАН. - М., 2007. - С. 38-40. Здобувачем проведено дослідження відповідності отриманих кінетичних характеристик непружності дискретній моделі пошкоджуваності, запропонованої Івановою В.С.

9. Писаренко Г.Г. Влияние циклического нагружения на характеристики неупругости жаропрочного сплава / Г.Г. Писаренко, И.М. Васинюк, А.В. Войналович, П.М. Копчевский, А.Н. Майло // Динамика, прочность и ресурс машин и конструкций. Ин-т пробл. прочности им. Г.С. Писаренко НАНУ. - К., - 2005. - С. 270-271. Здобувачеві належить аналіз результатів вимірів непружності, побудова її кінетичних характеристик.

10. Писаренко Г.Г. Распределение локальной неупругости в зависимости от уровня макропластической деформации алюминиевого сплава / Г.Г. Писаренко, А.Н. Майло, А.В. Войналович // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов / Ин-т металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН. - М., - 2009. - С. 360-361. Здобувачем отримано експериментальні характеристики непружності за умов одновісного розтягу і проаналізовано її кінетику відповідно зі стадіями пошкоджуваності діаграми розтягу.

11. Писаренко Г.Г. Эволюция рассеянного повреждения алюминиевых сплавов / Г.Г. Писаренко, А.Н. Майло, А.В. Войналович // Пошкодження матеріалів під час експлуатації, методи його діагностування і прогнозування / Тернопіл. держ. техн. ун-т ім. Івана Пулюя. - Тернопіль, - 2009. - С. 149-153. Здобувачем проведено аналіз пошкоджуваності алюмінієвих сплавів АМГ 6Н та Д 16Т за кінетичними характеристиками непружності.

12. Писаренко Г.Г. Метод контроля нелинейной динамики диссипативных систем в условиях деградации структуры / Г.Г. Писаренко, А.В. Войналович, А.Н. Майло // Фракталы и прикладная синергетика / Ин-т металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН. - М., - 2008. - С. 366-370. Здобувачем проведено аналіз лінійності характеристик навантажування розробленого методу, що дозволяє у встановленому діапазоні амплітуд напружень контролювати нелінійність внаслідок дисипативних властивостей полікристалічного матеріалу.

13. Деклараційний пат. на корисну модель. 17348 Україна, МПК (2006) G 01 N 3/00. Спосіб оцінки рівня деградації матеріалу елемента конструкції / Писаренко Г.Г., Копчевський П.М., Майло А.М. / заявник і патентовласник Ін-т проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України. - № u200603858; заявл. 07.04.2006; опубл. 15.09.2006, Бюл. № 9.