ПРИМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПО КОРРЕКТИРОВАННОЙ ЛИНЕЙНОЙ ГИПОТЕЗЕ СУММИРОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Алексей Александрович Абызов, Игорь Яковлевич Березин, Леопольд Анатольевич Шефер

Аннотация


В статье предложена методика расчетной оценки усталостной долговечности при многоцикловом нагружении, основанная на использовании структурной модели материала. Рассматривается многопараметрическое случайное нагружение, когда случайные процессы изменения компонентов тензора напряжений являются независимыми. Структурная модель характеризуется набором поверхностей текучести (сфер) в пространстве девиатора деформаций. Для ее построения использовано описание диаграммы деформирования материала формулой Рамбер – Осгуда. Погрешность аппроксимации диаграммы деформирования материала этой зависимостью обычно не превышает 5%. С помощью структурной модели производится расчет микропластических деформаций, вызывающих накопление повреждений при многоцикловом нагружении.

Приведены основные соотношения метода и методика идентификации модели накопления повреждений. Идентификация модели производится на основе обычных усталостных характеристик материала. Для повышения точности расчетной оценки долговечности предложено использовать корректированную линейную гипотезу суммирования повреждений. Представлен алгоритм, позволяющий построить блок нагружения и определить значение корректирующего коэффициента по результатам расчетов с помощью структурной модели материала. Приведены результаты тестовых расчетов. Показано, что для случая однопараметрического случайного нагружения применение предлагаемой методики дает результаты, хорошо согласующиеся с традиционными подходами. В случае многопараметрического нагружения выполнено сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными для плоского напряженного состояния. Отличие в оценке ресурса не превышает 15-20%. С учетом большого естественного разброса усталостных характеристик материалов такое отличие является вполне допустимым. В рамках разработанного подхода предложен алгоритм определения числа циклов различной амплитуды, составляющих случайный процесс. Алгоритм основан на анализе числа реверсов при перемещении поверхностей текучести структурной модели. Он может представлять самостоятельный интерес при разработке методов схематизации случайных процессов. 


Ключевые слова


многоцикловая усталость; случайное нагружение; структурная модель материала; модель накопления повреждений

Полный текст:

PDF

Литература


Березин, И.Я. Моделирование процесса эксплуатации при имитационных ресурсных испы-таниях мобильной техники/ И.Я. Березин, А.А. Абызов// Техника и технологии строительства и

эксплуатации автомобильных дорог: сб. науч. тр. МАДИ(ТУ), УФ МАДИ(ТУ). – М.: Изд-во МАДИ, 2000. – С. 56–74.

Серенсен, С.В. Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению/ С.В. Серенсен. – М.: Атомиздат, 1975. – 192 с.

Когаев, В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени/ В.П. Ко-гаев. – М.: Машиностроение, 1977. – 232 с.

Suresh, S. Fatigue of materials / S. Suresh. – 2nd edition . – Cambridge university press, 1998. – 679 p. DOI: 10.1017/S0001924000064629

Benasciutti, D. Spectral methods for lifetime prediction under wideband stationary random processes / D. Benasciutti, R. Tovo // Int J Fatigue. – 2005. – No. 27 (8). – Р. 867–877. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2004.10.007

Manson, G.R. Halford fatigueand durability of structural materials / G.R. Manson. – ASM International, 2006. – 422 p. DOI: 10.1520/STP27895S

Pakandam, F. Fatigue damage assessment of various welded joints under uniaxial loading based on energy methods / F. Pakandam, A. Varvani-Farahani// International Journal of Fatigue. – 2011. – No. 33 (4). – P. 519–528. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2010.09.019

Трощенко, В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении/ В.Т. Трощенко. – Киев: Наукова Думка, 1973. – 216 с.

Erpalov, A.V. Preduction of stress-life curve ofa material under random or cyclic loading with asymmetry / A.V. Erpalov, L.A. Shefer // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 129. – P. 458–464. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.151

Почтенный, Е.К. Кинетическая теория механической усталости и ее приложения/ Е.К. Почтенный. – Минск: Наука и техника, 1973. – 213 с.

Bogdanoff, J.L. Probabilistic models of cumulative damage / J.L. Bogdanoff, F. Kozin. – New York: Wiley-Interscience, 1985. – 340 p. DOI: 10.1002/qre.4680010413

Писаренко, Г.С. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии/ Г.С. Писаренко, А.А. Лебедев. – Киев: Наукова думка, 1976. – 415 с.

Coupled Mathematical Models for Cyclic Inelastic Deformation and Damage Accumulation Processes / D.A. Gokhfeld, K.M. Kononov, V.B. Poroshin, O.S. Sadakov // Trans. 10th Int. Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology. – Anaheim, USA, 1989. – P. 19–24.

К описанию малоцикловой усталости при сложном напряженном состоянии с учетом ползучести/ Д.А. Гохфельд, К.М. Кононов, В.Б. Порошин, О.С. Садаков// Прочность материалов и элементов конструкций при сложном напряженном состоянии. – Киев: Наук. думка, 1986. – С. 89–93.

Abyzov, A.A. Fatigue life prediction of engineering structures under multivariable random loading using structural model / A.A. Abyzov, I.Ia. Berezin, O.S. Sadakov // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 129. – P. 845–850. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.119

Гохфельд, Д.А. Пластичность и ползучесть при переменных нагружениях/ Д.А. Гох-фельд, О.С. Садаков. – М.: Машиностроение, 1984. – 325 с.

Collins, J.A. Failure of materials in mechanical design / J.A.Collins. – New York: John Wiley & Sons, 1981. – 580 p.

Горский, С.В. Циклические кривые деформирования конструкционных материалов при повышенных температурах/ С.В. Горский, К.М. Кононов// Прочность машин и аппаратов при переменных нагружениях: темат. сб. науч. тр. – Челябинск: ЧГТУ, 1991. – С. 48–54.

Matsuishi, M. Fatigue of metals subjectedto varying stress-fatigue lives under random loading / M. Matsuishi, T. Endo // Proc. Kyushu District Meeting, JSEM. – Fukuoka, Japan, 1968. – P. 37–40. DOI: 10.1520/STP41213S

Downing, S.D. Simple rainflow counting algorithms / S.D. Downing, D.F. Socie // International journal of fatigue. – 1982. – Vol. 4. – Iss. 1, January. – P. 31–40. DOI: 10.1016/0142-1123(82)90018-4


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.