Влияние частоты нагружения на усталость конструкционных материалов


https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-5-427-435

Аннотация

Выполнены испытания на усталость конструкционных сталей и титанового сплава при различных частотах циклического нагружения, в результате которых выявлены закономерности изменения показателей сопротивления усталости и стабильности поведения испытанных материалов. Изменение частоты циклического нагружения влияет на продолжительность разового (в течение одного цикла) пребывания материала в нагруженном состоянии, что сказывается на его долговечности. Помимо этого, с ростом частоты циклов нагрузки скорость деформирования возрастает, а время нарастания напряжения уменьшается, одновременно увеличиваются искажения кристаллической решетки за счет сокращения времени развития процесса разупрочнения. Данный процесс сопровождается ростом интенсивности дробления зерен на фрагменты и блоки и их разориентировкой. Испытания на циклическую прочность образцов исследуемых материалов проводили при различных частотах и комнатной температуре по следующим схемам нагружения: консольный циклический поперечный изгиб плоского образца; консольный изгиб с вращением цилиндрического образца; осевое растяжение по пульсирующему циклу. Для анализа и оценки работоспособности и стабильности испытанных материалов применяли количественные оценки показателя сопротивления усталости в виде тангенса наклона левой ветви кривой усталости к оси циклов. Для обработки полученных результатов воспользовались методами математической статистики. Графические зависимости кривых усталости строили в логарифмических координатах, что позволило получить спрямление аппроксимирующих линий экспериментальных данных. В ходе исследований установлено: частота нагружения имеет неоднозначное влияние на сопротивление усталости из-за различий материалов в своей реакции на изменение спектра нагрузок в разных зонах усталостного процесса, но при этом обнаружено, что повышение усталостной прочности приводит к уменьшению наклона кривой усталости независимо от снижения или увеличения частоты нагрузки. Предложен новый подход к оценке циклической прочности и долговечности материалов, который включает в себя систему параметров из относительного коэффициента ограниченной выносливости, коэффициента корреляции и тангенса наклона кривой усталости. Обозначена динамика поведения реальных деталей машин и конструкций, изготовленных из этих сплавов, в условиях эксплуатации.


Об авторе

В. B. Мыльников
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
Россия

Кандидат технических наук, доцент

Адрес для переписки: Мыльников Владимир Викторович - Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, ул. Ильинская, 65, 603950, г. Нижний Новгород, Российская Федерация Тел.: +7 831 430-17-74     mrmylnikov@mail.ru



Список литературы

1. Горбовец, М. А. Влияние температуры, коэффициента асимметрии и частоты на скорость роста трещины усталости в сплаве ВТ8 / М. А. Горбовец, Н. А. Ночовная // Вопросы материаловедения. 2015. Т. 82, № 2. С. 216–220.

2. Терентьев, В. Ф. Усталость металлов / В. Ф. Терентьев, С. А. Кораблева. M.: Наука, 2015. 479 c.

3. Школьник, Л. М. Методика усталостных испытаний. Справочник / Л. М. Школьник. М.: Металлургия, 1978. 304 с.

4. Трощенко, В. Т. Сопротивление усталости металлов и сплавов / В. Т. Трощенко, Л. А. Сосновский. Киев: Наукова думка, 1987. 1303 с.

5. Structural Analysis of Cyclic-loaded Nickel-Titanium Rotary Instruments by Using Resonance Frequency as a Parameter / Haw-Ming Huang [et al.] // JOE. 2011. Vol. 37, No 7. Р. 993–996. https://doi.org/10.1016/j.joen.2011.03.022

6. Yasniy, P. V. Effect of Temperature, Frequency and Loading Waveform on Fatigue Crack Growth in Bimaterial of the Roll for Continuous Casting Machines / P. V. Yasniy, P. O. Maruschak, V. B. Hlado // Proc. Int. Conf. “Progressive Technologies and Materials in Engineering”, 28–30 June 2005, Rzeszow-Bezmiechowa, Poland. Rzeszow: RUT, 2005. P. 117–124.

7. Honeycombe, R. W. K. The Plastic Deformation of Metals / R. W. K. Honeycombe. London: Edward Arnold Ltd., 1984. 483 p.

8. Мыльников, В. В. О влиянии частоты приложения нагрузки на сопротивление усталости материалов / В. В. Мыльников // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. Т. 2, № 6. С. 202–205.

9. Mylnikov, V. V. On Evaluation of Durability Criteria in Carbon Steels / V. V. Mylnikov, D. I. Shetulov, E. A. Chernyshev // Metals Technology. 2010. No 2. Р. 19–22.

10. Шетулов, Д. И. К оценке сопротивления усталости материалов по повреждению поверхностных аномальных слоев / Д. И. Шетулов // Физико-химическая механика материалов. 1984. № 6. С. 117.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Мыльников В.B. Влияние частоты нагружения на усталость конструкционных материалов. НАУКА и ТЕХНИКА. 2019;18(5):427-435. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-5-427-435

For citation: Mylnikov V.V. Influence of Loading Frequency on Fatigue of Construction Materials. Science & Technique. 2019;18(5):427-435. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-5-427-435

Просмотров: 112

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)