автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Кiнетика накопичення пошкоджень в металевих матерiалах при статичному навантаженнi

С-?

* НАШОНАЛЬНА АКАДЕМIЯ НАУК УКРА1НИ

1НСТИТУТ ПРОБЛЕМ ШЦНОСТ1

На правах рукопису

БОГ1Н1Ч 1Г0Р ОЛЕГОВИЧ

К1НЕТИКА НАКОПИЧЕННЯ КШОДВЕНЬ В 11ЕТАЛЕШХ ШЕР1АМХ ПРИ СТАГИЧ1ЮЧУ НАЕАИГАВЕНН1

05.02.07 - Механ1ка деформ!вного твердого т1ла

Автореферат дисертац11 на здобуття вченого ступеня

кандидата техн1чних наук

Ки1в - 199Б

Робота виконана в 1нститут1 проблем м1вдост1 HAH Укра1ни

Наукоз1 кер!вники: академ1к HAH Укра1'ни, доктор техн1чних наук, професор Лебедев .Анатол1й Олекс1йович

доктор техн!чних наук, пров1дний науковий сп!вроб1тник Чаусов Микола Георг1йович

- Оф1ц1>ш1 опоненти:

доктор техн1чних'наук Каплуненко Володимир Георг1йович

доктор техн1чних наук, професор Карачун Володимир Володимирович

Пров1дне п1дприемство: 1нститут електрозварювання

1м. Е.О.Патона HAH Укра!ни

Зачист в1дбудеться " ZS " 'jZ_1996 року о

9.30 годин1 на зас1данн1 спец1ал18овано! учено! Ради Д 01.99.01 при 1нститут1 проблем ы1цност1 ЭД$Укра1ни в прим1щенн1 конференц-валу 1нституту (252014, м. Ки1в, вул. Т1м1ря8евська, 2).

3 дисертац1ею можна овнайоыитися у б1бл1отец1 1нституту проблем м1цност1 HAH УкраХни

Автореферат роз1слано " ZS- " __1996 р.

Вчоний секретар спец1ал1вовано! ради доктор техн!чних наук

Ф.Ф.Г1г1няк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн!сть роботи. Б^лызпсть реальних конструкц!й експлуа-уються з пошксдкеннями, що поизводить до нес6>г{дност1 оперативно-'о розв'язання ряду важливих задач по вивченню механ!зм!в виник-¡ення I розвитку пошкодженност! у матер!алах, а головне - по оц!н-[1 живучее?{ та реального залиикового ресурсу таких конструкц!й.

Для виконаннк в галуз! механгки розс!юваного руйнування дос-;!джень характерна р1эноман1тн1сть, високий рхвень схематизацЯ", . часто, 1 суперечшсть моделей псткодаенност!, пропокованих [ими авторами.. В1дсутшй 1 единий концептуальний шдххд до анал!-у законом!рностей формування та характеру еволюц!Г р!знородних ¡ошкоджеких систем у эв'язку з Гх ртзномаштн^стю, що суттево 'труднвз виб!р ун!ф1кованих критерй'в, описуючих процеси зароджен-[я, накопичення та розвитку пошкоджень, а також, одержаних при (ьому термодинам1чних 1 кшетичнкх характеристик досл!джуванкх ' атер!ал1в.

Одержан! теоретичн! та експериментальн! результати обмежен) ласом самих простих навг.нтажень ! не мають в!рог!дних анал!тичних нтерпретатй у формах, зручних для практичного Бикористання. Ср1м того, залишаеться не вивченою область переводу розс!яних юткодаеиь в локальн!, не досл!джен1 особливост! процесу руйнуван-щ у залежност: в!д теыпературно-силових умов навантажэння. Необидно також в{дм1тити, що виэначення пошкодтенностг матер!алу не->уйн!вними методами знаходиться у початков!й стадН' вивчення.

У зв'язку з цим особливу актуальн!сть набувають експеримен-•альнх досл1дяення кшетики руйнування металевих матер!ал1в р!зно-(анхтними методамч, у тому числ! на заключних стадиях деформування, I також побудова ф!зично обгрунтованих моделей накопичення пошкоджень з урахусанням Еиду напруженого стану.

Мета дисертац!Г. Метою 1 роботи е комплексне вивченнл ме-:ан!чних та структурних аспект!в к!нетики накопичення пошкоджень 1 металевих матер!алах на р!зних стад!ях деформуваиня в залежност! >!д сшгових умов навантаження 1 розробка на баз! нових експеримен-•альних даних фIднчно с"грунтовано: модел! накопичення поикодпень гри статичному иаьантажеж-п, яка в!дображав вплив виду налруженого тану.

Наукова новизна дисеотаци. Б робот; теоретично та експеримеи-•ально обгрунтована модель накопичення пашкедкень, у як!й вперше

в якост! основного параметру поточного стану матер!алу прийня-то коеф!ц!ент поперечно f деформац!Г. Показано також, що зростан-ня пошкодженност! ыеталевих материал!в при статичному наванта-женн1 може ощнвватися по swiHl логарифм!чного декремента коли-вань i декких параметр!в акустично! eiiietf (АЕ) , що п!дтвер-жузтъея в!дпов!дними залежностями цих параметр!в в!д ступени розпушування металув оц!нц! залишковоГ зм1ни об'ецу.

Практична ц!нн!сть дисертац!f. В робот! запропоновано та обгрунтоваио вгдносно простий 3aci6 оц!нки пошкодженност! ыате-р!ал!в у процес! деформування, показано шлях використання одержано? !нформац!!' для прогнозування.граничноf пошкодженност! ма-тер!алу констругсц!й. Самост!йму практичну ц!ин!сть становлять розроблен! ыетоди та засоби випробувань, i одержан! на fx основ! нов! експериментальн! дан! з к!нетики руйнування матер!ал!в piэких клас!в.

Апробац!я роботи. Результата дисертащйно? роботи допов!-далися на Перш!й м!жкародн!й конференц! f "Актуальные проблемы прочности" /м.Новгород, 25-30 вересня 1994 р./; на Всерос1йсыий нгуково-техн!чн!й конференц!f "Прочность и" живучесть конструкций" /ы.Вологда, 1993 р./; на Друг!й рег!ональн!й науково-тех-н!чн!й конференц!Г ТП1 "Прогресивн! матерзали, технолог!f та об-ладнання в машино- i приладобудуванн!" /м.Терноп!ль, 7-9 грудня 1993 р,на сем!нарах в!ддхлу статичноf м!цност1 .!. пластичност1 конструкц!йних матер!ал!в 1нституту проблем м!цност! HAH Укради /1995, 1996 p.p./; на об'еднаному ceMiHap! в!дд!л!в 1нституту проблем м!цност! HAH Укради /м.Ки!в, 1996 р./.

Публ!кац!!. Основний зм!ст дисертац!f опубл!ковано в семи друкованюс роботах.

Структура та об'ем роботи. Дисертац!я складаеться з вступу, чотирьох глав, заключения, списка винористаноГ л!тератури з 195 найменувань та вм1щуе173 стор!нок друкованого тексту, 46 ма-люнх!в.

3MICT РОБОТИ

У BCTyni обгрунтована актуальн!сть теми дисертац!«Höf роботи, дана if коротка характеристика.

У перш!й глав! подано огляд лхтератури по ' головним питаниям, що порушен! в дисертац!f: розглянут! сучасн! ф!зичн! уявлен-ня про руйнування ыеталевих матер!ал!в на р!зних стад1ях деформування, проведено анал18 пронесу руйнування пластичних матер!а-

в з поэкц!й теор!Г пошкодженкост}, показана моклив!сть феноне-тологхчного опису процесу накопичення пошкоджень по д!агонал: 1ефорыац!й з використанням кдасичних п!дход1в, приведено критач-шй анал}з експериментальних метод!в оц!нки пошодженност! мате-)1ал1в у процес! хх деформування. На основ1 висновк1в з л1тера-рурного огляду сфоруульован! задач! досл!дження.

У другой глав! розглянута методика проведения эксперимент}в,

)бговорюеться метод механ1чних випробувань, заснований на побудо-¡1 повних диаграм де^ярмування матер!ал!в. Показана аерспектив-|!сть застосування вказаного методу для досл!дження кшетики на-гопичення лсшкодяенност! на заключите стадгях деформування. Сут-'ев1 ыетодичн! труднощ!, ри1 виникаить пря випробовуваннях.' ча по-|{льне тр1щиноутворення, в значн1й ы1р1 розв'язаш шляхом розроб-:и на баз! пресу ПРГ-200 БкпробовувальноГ установки э регульева-:ою жорстк!стю навантажуючоГ системи*

У якост! акустико-е«1с1йноГ апаратури використовували прила-и типу "ША" сильного угорсько-украГнського виробництва. У про-;ес! випробовувань реестрували та анал!зували так1 параметри АЕ, к сумарний ряхукок, амшйтуда сигналу, час зростання сигналу о максимуму, тривал!сть }мпульсу, ргвень безперервно! ем{сН тущ/ та !нше. Обробка даних побудована на основ1 кластерного налгзу. У вс!х проведених випробуваннях використовуввли однако-у схему розм1щення датчиков АЕ-лш1йну з р1вною в1дстанню шк атчиками.

• Була розроблена в1дпов1дна методика, а такок спрозктозаний а виготовлений пристр1й для реал!зац1? методу зважування. Мето-ика, проведения дослав полягае в сл*дуючому. 1з матер1алу в зк-!дному та деформованому станах вир!заються шматочки, маса яких а повхтр! п1дганявться на аналхтичних вагах до одн!е? ! я еличини /приблизно I г/ г точн!стю до 0,1 мт. Пот1ы ц! иматочки 1роби/ на п!дпружинен!й тонк1й нитц! опускаються у посудину з лстильованою водою. Про зм!ну об'ему металу в зв'язку з Кого де-зрмуванням судять по р}зниц{ глибини занурення проб, використосу-ад при цьому тарировочний граф{к.

В якост! дослхджувшх матер 1 ал 1 в були вибран! вугяецев! ста-[ 20 I 35, малолегована сталь 15ХГ2СФ?, мартонситно-стар!юча галь, с1рий чавун та алкашпевий сплав ДЮ з резною величиною 5рна, яке було вирощене шляхом спец!гльно1 термомехангчжн ой-)бки. Випробування матер 1 ал 1 в проводили на гладких вилШдричнчх

зразках диаметром 8 мы, ка зразках з концентраторами та на плоски призматичних зразках.

У трет!й глав! обговорюеться нова феноменолог¡чна модель на-копичёння псшкоджень в металевих материалах при статичному наван-таженн!.

Розглянеко випадок однов1сного розтягу т!ла у припущенн! йога макроскоп!чноГ однор1дност1. Нехтуючи пружною дефорыац!еь ./ зв'яэку з Н малою величиною в пор1внянн1 э эалишховою, тобто лриймаючи жорстко-пластичну модель т!ла з зм!щекням, запровад^мс структуры 1 параметри а(е) 1 0(е) , як! при загальн!й дефорыа-

цн-

е « вп + ер (1)

/е, еп. ер - загальна поточна деформац!я, пластична деформац!я 1 деформац!я розпущування/ визначаеться еп1вв!днотеннями

а(е) - ер / £ , В(е) - ер / |еп|. (2)

На основ! залежностей /I/ 1 /2/ одержимо

«(е) - в(е) / (1 + В(£)). (3)

Параметру а(е) можна формально поставити у в!дпов!дшсть кое$1ц1ент поперечно!' деформгц!Г, який с одним з важливих характе ристик деформашйних процессе в матер¿ел!, як! поз'язан! з! зм!на ми його щ!льност!. Д!йсно, якщо е' - поперечна деформац!я, то

£' £п' + £р' и ------•

£ £д + £р■

Ураховуючи, що зростання пор в!дбувасться, в основному, в напрямку д!ючих нэлружень, тобто в в!еьовоыу напрямху, поперечною деформац!5ю ер* в!д розпущування можна знехтувати. Тод!:

0,5 1 + в

ц - -

ЕП

0,5-£„

£п + £р £п + Ер

Зв!дси знаходимо

0,5 - м.

Д(ц) „ _----(4)

U

i на основ! виразу /3/ маемо

«(ц) - 1 - 2-ц . (5)

На рис. I показан! загальний аигляд д!аграми деформац!й яор-:тко-пластичного т!ла /крива I/, типовий вид залежчост! коеф!-ifeHTa поперечно! деформац!Г в!д ступен1 дефориац!!' /крива 2/ та э1дпов2дна крива 3, яка розраховяна по формул! /5/ з урахуванням сарактеру криво! /2/. Там же крива 4 !люструе залелн!сть

ер - «(е) • е (б)

1ри й(е), який зм!нюеться у в!дпов!дност! з кривою 3«

Зазначимо, що розпушування матер!алу приводить до зм!н його )б'ему, причоцу, якщо оперувати логарифм1чними деформациями при зсгтяэ! шл!вдричного зразка, коли е - In (2/Jo)» s* -

- In (d/do) , одерауеыо

V J • с/2 e+2s' (1-2ц)-е £p

----——5 - e e « e

Vo Jo ' do2

габто

ер - 1п ( V / ) . (?)

Уо , V - в!дпов!дно вих!д;гай ! поперечний об'еми деформ!вно-'0 ыатер!олу.

Непрямим п!дтвердженням з -под!бного вигляду ¡сриво!' нако-[нчення пошкодлсень /крива 4 на рис.1/ е ! Г кореляц!ею з деякими :трухтурно-чутливими параметрами, як1 характеризуют процес про-:одлення акустичних сигнал!в вздов» деформ!гиого матер!алу.

Випробовування проведен! на иилхндричних малогабаритних Iразках з стал! 20 в стан! поставки на предмет оц!нки пошкодяен-юст! у процес! дефорцування. Зразки п!ддавали однов!сному роэ-?ягу до р!зних р!вней двформац!!", п!сля цього !х обточували з

б

петою вилучення виникаючого при деформувакн! викривлення гео-метрично? фории робочоГ частини, в тоцу числ! за рахунок шийки. Пот!м на один торець зразка прикр!пляли датчик !ы!татора /генератора хвиль АЕ/ сигнал!в акустично1 ем!с!Г, а на другий -аку-стичний датчик для приймання хвиль АЕ. Параыетри акустичних сиг-нал!в, як! сприйыаються датчиком-приймачем, реестрували акусти ,-ко-ем!с!йною апаратурою "ША". Ступ!нь пошкодженност! матер 1алу визначвли по зм!нам параметр!в сигнал1в, як! в:шром!нювалися генератором« При цьоыу акустико-ем!с!йна апаратура функц1онувала в режим! одноканальноГ зонно!: локац!Г. В результат! обробки дос-л!дних даних було встановлено, що з зростанням деформац! £ зразка ампл!туда А сприймаемих акустичних сигнал!в затухав, а час /? эростання сигнал!в до максимального значения ампл!туди, тобто тривал!сть под!Г АЕ, навпаки, зб!льшуеться /рис.2/. При цьону, суттево важливо, що форма /геомегр!я/ обох кривих залежностей Л(е) ! /?(е) - знаходиться у в!дпов!дност! з формою криво!: ер(£). , побудованоГ по р!вшшню /6/ з урахуванням /5/, Одержана картина зростання та затухания в!дпов!дних параметр!в АЕ е ф!зично обгрунтованою, тому що з зростанням пошкоджекност! пог!р-ш^ються умови проходження сигнал!в АЕ через матер!ал зразка внасл!док зб!льшення ! злиття пор, як! передують макроруйнуван-ню. Таким чином, за допомогою а}<устико-ем!с!йноУ апаратури "ША" вдалося оц!нити зм!ни ступен! пошкодженност! стал! 20 у процес! дефогмування»

Сйец!альн! досл!дження у рамках дано Г роботи показали, що на д!лянц!, яка !снуе перед виннкненням макротр!щини, коеф1ц!ент поперечноГ деформац!Г може знижуватися до значень 0,15...0,10, а р!вень деформац! Г розпушування досягати 20$ ! б1льше. Про це св!дчать дан!, як! одержан! при випробовувйннях обточених /з метою усунекня шийкк/ заздалег!дь деформоввних зразк!в з стал! 20. Результати цих випробовувань наведен! на рис. 3.

Практична використання описано!' вище модел! про бистро вано також на стал! 35 б стан! поставки ! малолеговано! стал! 15ХГ2СФР яка була пхддана эагартуванню та в!дпущенню. Показано, що диетика процесу розпушування в обох сталях як!сно однакова, проте, темп зростаннч пошкоджень у легован!й стал! иом!тно вище. При загальн!й деформац!Г 1055 розпушування легоаано! стал! приблизно у 1,5 рази вище, н1ж у стал! 35.

гг,№

400

зоа

"ис.1. Загальний вигляд кшвих, [к1 хаоактеризують процеси де-юрмування та розпушуиання маралу при розтяз!: I - д1аг->ама розтягу: 2, 3, 4 - залеж-гост! коеф!ц!снту поперечноГ .ефошап! т, структушого папа-1етру с( I дефоэмац!г розпушу-ьння в!д загальноГ дефорыац! 1'.

200

т

1 . 1/ ко

/» / \ юо

V А V г , А г X

5 а а я г$

Рис.2. Залежност1 амп л! туди акустичних сигналIв /I/ та тривалост! под! Г АЕ/2/ в1д ступени деформацН" /сталь 20/.

5 МП а

й ¿0 ¿4 £Д

Рис.3. Залежност! коефгшснту поперечноГ деформап^Г та параметр!в структури стал! 20 З1д ступени дефоша-ц!Г на к!нпев1й д1лянц! стад:!" знемпмення: I - 4 -див. рис. I.

Особливий !нтерес становлять результата моделювання процес!в розпушування квазихрупких матер!ал!в. Так показано, що накопичен-ня розс1яних пошкоджень у матер!алах типу с!рих чавун!в в умовах ростягу прот!кае б!льщ 1нтенсивно, н!ж при стисканн!.

К1нетика структурних трансформаций виэначаеться не-т!льки природою матер!алу, але 1 видом напруженого стану. Тому для ура-хування особливостей еволюц!{ структури в зв'язку з впливом виду напруженого стану в модель /б/ введена функц!я Дбц) :

ер* - [1 - 2-ц(е1)]-е1-Г(би), (8)

де Е1 - !нтенсивн!сть деформац1й. 31ставляючи /6/ 1 /8/, одержуемо

£рр

3 метою конкретизац!!" функц!Г проведено анал!з запро-

понованоГ модел! у статистичноыу аспект!» Показано, що з точн!-стю до коеф!ц1ента, який не залежить в!д виду напруженого стану, функц!в Г (б и) можна подати у виглядг:

VI

Пби)--, (Ю)

Ур

де Иь - в!рог!дност! накопичення у т!л! л' елемент!в

з пошкодженнями при дов!льн!й систем! напрут та при однов1снопу розтяз! в!дпов!дно.

3 друго! лто'рони, теш розпушування матер!алу в умовах де-форыування повинен зростати з переходом в!д трьохв1сного стиснен-ня до трьохв!сного розтягування. Ця очевидна тецденц!я може бути виражена у першому наближенн! л!н!йною залежн!стю числа п' еле-мент!в з пошкодженнями в!д параметра К^ , який характеризуе жорстк!сть напруженого стану

л' - а - Ь-К

(И)

З'бго

ут К - 3-К - - ,

б 6 б!

е бт, 61 - в!дпов!дно середня напруга та !нтенсивн!сть апруг.

3 розв'язання задач! теоргГ в1рог!дност! про повторну ви-!рку заданого об'ему для р!вняшя /10/ з урахуванням /II/ одер-уеыо:

К6 ~ 1

Г(би) - В (12)

В - характеристика структури матер!алу, яка пов'язана з 1ого чутлчвгстю до виду иапруженого стану.

Таким чином, фор^ла для визначення пошкодаенност! ыатер1аяу [ри дов!льн!й систем! напрут мае вигляд:

ЗК - 1

еРр • В (13)

(/Г - О) при будь-якоГ ф!ксованоГ де-б

£р = £рР -В

ЗВ1ДСИ £рр

В => - ,

X

гобто В - характеристика эластивостей материалу, яка чисельно ;ор!внюс в!дношенню де.^орыац! Г розпупування при однов!сному роз-ряэ! та чистому зсув! при одн!й ! т!й ж чи граничной !нтенсивно-:т! деформац!й.

Для перев!рки в!рог!дност! описаноГ «одел! були проведен! :пец1альн! досл!ди. Використовувгли гладк! зразки э стал! 20 д!а-летром 8 мм та зразки з круговими к о н це н т рат о рами. Зразки, вклю-завчи гладк!, дефорцували до разного студня деформац! Г э тим, цоб як можливо ближче п!д!йти до cтaдif, попереднгй утворенно иатротр!^{ини, тобто до стад!!, на як!й щ!лыпсть розс!яних по-пкоджень е критичною. Шсля цього зразки розванта^ували ! на доа-киш 25 мм точ!нням з мал ими подачами зн!мали поверхневий шар на глибину концентратора до одеряання гладких цил!ндричних поверхонь.

Для чистого зсуву

юрмац!Г:

д!аыетр яких дорхвнював внутр1шньоцу д!аыетру концентратора чи шийки - при випробовуванн! зраэк!в без концентратора. Оброблен! по так!й технолог!Г зразки повторно випробовували на розтяг з реестрац!ею поздовжньоГ /на баз! 10 мы/ ! поперечно? / у зон! концентратора/ деформаций.

На рис.4 наведен! значения /крапки/ коеф!ц!ен7!в поперечно Г деформац!Г на заключних стад!ях дефорцування, а також !х л!-н!йн! апроксимац!Г та побудован! по ним крив! накопичення пошкоджень. Заштрихован! кола на цих 1фивих в!дпов!дають деформац!-ям, попередн!м утвсренню макротр!щини.

л

0,1

0,3

ОЛ

0,1

\ N,4

\ < М^)

V

.... у.... д } ^

• /1 £р № Ер (гл.)

£р

о,в

О£

0,4

цг

из о,< 0,5 0,6 . 0,7 о,а в=21п^.

Рис,4. Значения коеф!ц!ент!в попеиечнси деформацй стал! 20 на стад!ях, як1 пеоедують пуйнуванню гладких эразк!в та зразк!в з концентоатотами К2 ! Е4.

Одержан! дан! св!дчать про те, що !з зб!льшенням жорсткост! напруженого стацу р1вень граничних пошкоджень знижуеться, Вико-ристовуючи в якост! першого наближення л!шйну залежн!сть ступе-н! пошкоджень в!д параметру , знаходиыо, що при однов1сному розтяз! - 1/3) £рр =0,693, функц!я /13/ добре узгод-

жуеться з результатами випробовувань зразк!в з концентраторами /рис.5, крива 2/. При розрахунках прийнято В » 0,6.

Для ехспериментальноГ переварки одержаних данйх про гранич-н! пошкодження стал! при р 1 зних, напружених станах додатково ви-користовували метод зважувания. Зразки випробовували на розтяг з реестращеп кривих б(е) I ц(е) . По'тхм з центрально! части-ни вс!х випробованих эразюв /перв!сно гладких ! з вих!дшши концентраторами £2, !?4 /, а такоя !з зразк!в, розвантаяе-

О ОЛ ^0,4 0,6

Рис.5. Значения гтзаничних пошкоджень стал! 20 при р!з-них наггоужених станах: I - апроксимашя екеперименталь-них даних Л1н$йною залежн1стп; 2 - пшпугцена эалежн!сть, яка отримана за формулою /13/.

дас на б1льш ранн!х стад!ях деформування, сиргзали проби металу )днаковоГ ваги та визначали по описан1й вшщз методиц1 залишкове зб1льшення об'ему Ду матер!алу за раХунок кошкодженност! в ¡роцес! деформування. Виявилося, що результата досл!дних та роз-захункових даних, приведен! до единого масштабу, знаходяться в ¡дному пол! неминучого роъкидання. Таким чином, одержано непря-¿е п!дтвердяення достов1рност! думок, покладених в запропонова-1£й модели

У ц!й же глав! показан! дан! по впливу попереднього цикл!ч-юго навантаження на процес руйнування мартенсктно-стар!ючоГ ста-¡! при наступному статичному розтягуванн!. Зразки заздалег!дь 71длягали цишпчноиу навантаженню при симетричному цикл!/ба » 0,8-бо. 2 > частота навантаження складала 140 Гц/. Шсля цього Гх лвнов!сно розтягували до створення макротргщини 1 розвантаяува-1И. Пот1М, р!зними методами, у тому числ! й металоф1зичними, виз-

1(1 е.

начали к!льк!сть пошкоджень у граничному стан!. Зокрема, к!ль-х!сний аная!з ус!х тип!в пор у центральных аонах зразк!в, проведений на анал!затор! зображення "Опп!!!^" : показав, що в зразках, заддалег!дь цикл!рованих до 2*Ю4; 5-Ю4 ! 9*10^ цик-л!в, граничн! значения пошкодженност! складали в!дносно 0,465?; 1,78% ! 2,855?. Практично л!н!йна залежи сть к!лькост! пор у граничному стан! в!д числа цикл!в попереднього навантаження вказус на можлиз!сть розвитку запропоновано!' модел1 накопичення пошкоджень на клас б!льа складних навантажень.

В четверт!й глав! на приклад! алюм!н!евого сплаву Д16 з р!з-ною величиною зерна /0,5-мы; 3 мм 1 8 мм/ наведен! результати комплексно! оц!нки пошкодженност! металу по характеристикам Йо-го д&мпфуючоI здатност! /по логарифм!чному декременту коливань/, по параметрам акустично!' ем!с!Г /АЕ/ та безпосередн!м звалуван-няы4 Для оц!нки пошкодженност! металу дефорыован! зразки пер!о-дично розвантажували та п!ддавали метал в!дпов!дним досл!джен-ням. Пошкодженн!сть матер!алу визначали при пластичних деформа-ц!ях 1,955; 3,0%; 4,5$ ! 6,Ой.

Результати вкм!рювання безпосередн!м'методом пошкодженност! сплаву при р!зних розм!рах зерен в залежност! в!д деформац! I наведен! на рис. 6. Експериментальн! крапки побудован! по середн!м значениям результат!в п'яти ! б!льше досл!д!в. Як видно !з рисунка, досл!дн1 дан! по крайней м!р! у д!апазон! деформац!й в!д 1,555 до 6,0$ добре апроксиыуються прямими л!н!ями, як! сходяться у точц! при £ * 0,7%, Розм!щення ц!с!" точки на р!вн! йУ - о видаеться не випадковим. Воно св!дчить про те, що в умовах статичного дефорцування процес накопичення пошкоджень, що приводить до залишково! зм!ни об'ему /за рахунок продесу розпушування/, починаеться при пом!тних пластичних деформац!ях, як! для випробо вуванного сплаву досягають приблизно 0,7%. Звертае також на себе увагу той факт, що з ростом зерна темп зб!льшення пошкодженност! сплаву /кут нахилу апроксимуючих прямих/ зб!льшуеться.

Вплив розм!ру зерна й на ступшь розпушування сплаву при р!зних р!внях деформац!й ¡люструсться даними, як! наведен! на рис.7. Анал!з цих даних дозволив одержати наступне сп!вв!дношен-ня, яке описус процес накопичення пошкоджень сплаву в р!зних структурних станах при статичному деформуванн!:

ДУ = 0,5-(£ - 0,7) . (14)

По ц!й формул! побудован! bcï крив!, що показан! на рис.б ! рис.7. Пор!вняння цих кривих з нанесеними експериментальними крапками св!дчить про досить високу достов!ршсть сп!вв!дношення /14/.'

У в!дпов!дност! з р!внянням /14/ апроксимуюч! крив! àV(d) незалежно в!д р!вня деформац!!' збирагться на початку координат. 1з пього виходить ц!лком ф!зично несуперечне ствердження пр те, шо, якщо po3Mip структурних елемент!в середовища дуже малий /т-ближасться до ноля/, то процес його деформування буде проходити без залишковоГ зм!ни об'сму, тобто без накопичення пошкоджень за рахунок розпушення матер!алу.

Характеристику демпфуючоГ властивост! /логарифм!чний декремент коливаль/ сплаву в р!зних структурних станах визначали в умовах чистого згину по в!дом!й ыетодиц! при ампЛ!тудах цикл!ч~ них деформащй е» =/2...8/• 10"^. Ампл!тудн! залежност! логариф-ы!чного декременту коливань у вказаному д!апазон! ампл!туд мають дуже слабку нелШ!йн!сть. Тону при подальшому анал!з! вшсористов} вали одержанi в результат! статистично!" обробки експериментальни» даних л!н!йн! апроксимац!f. Виявилося, що залежн!сть демпфуючоГ властивост! сплаву в oi^iHui декрементом коливань 5 в!д ступеня деформуваннк можна вважати /з урахуванням неминучого розкидання досл!дних даних/л!н!йною. та мало чутливою до розм1ру зерна.

JliHiflhicTb сп!вв!дношень ДУ(е) ! S(s) визначае л1н!йну галежн!сть декремента коливань в!д пошкодженност1. Д! залежност! показан! на рис.8- Легко бачиыо, що наведен! граф!ки можна опи-сатк наступною формулою:

M - К • (5- 50), (15)

де 5, 00-логарифм1чний декремент в!дпов!дно деформованого ! не-деформованого матер!алу; К - коеф1ц!ент, який залежить в!д роз-Mi ру зерна.

Для результат!в акустичних вим!ровань, одержаних при випро-бовуваннях сплаву з рiзними розм!рами зерен, характерне велике розкидання даних. Проте, спостер!гаеться ст!йка тенденц!я зростан-ня значень параметру R з ростом деформащГ. Причому темп зростанш цього параметру в процес! пластичного дефорнузалнл сплаву эб!льшуе ться з розм!ром зерна. Як!сна в!дпов!дн!сть щй законом!рност! з характером зм!ни об'ему ма.тер!алу при деформуванн:, яка встановле-на безпосередн1м методом, вказуе на обгрунтован!сть використання

а

0,6 0,5 0,4 ОД

/ / / / /

Л / у У /

г.О- Л / — (

а 5 6 — 2 - —3

О 1 I 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 ГГЦм«'

Рис.8. Залежност! логарифм!чного декременту коливань в!д ступени поткодженност! сплаву Д16: а - = 7*10"^; б -

г. _ ^.та-4 Т О * п _ „..„ ---- С

3-Ю \ 1,2*3- див. рис.б.

араметра И для оцшки ступен! пошкодхенност! сплаву. Биявило-я, що такий зв'язок не т!льки !снуе, але й е 1нвар!антним по !дношенню до розм1ру зерна. Цей висновок виходить, частково, з аних, як! наведен! на рис.9. Показана на ньому крива е апрокси-агиеп крапок, як! побудован! на основ! 31ставлення граф!к!в ДУ(е)

/?(н) , шляхом виклсчення параметра £ . Нанесен! на граф!к очки в!дпов!дають деформац!ям е =1,555; 3,0%; 4,Ъ% ! 6,0%.

Рис.9. Вплив ступени розпушування сплаву Д1б на трива-лгсть поди АЕ: I, 2 1 3 - див. рис.6.

16

ЗАКВДЕННЯ

Реферируема дисертац!йна робота являе собой комплексно дос-л!даення особливостей розвитку руйнування кеталевих матер!ал!в при статичному назантаженн!, у тому числ! у зв'язку з впливом виду напрухеного стану та структура металу. Розв'язання постав-лечо Г задач! эд!йснювалося на баз! норих експериментальних даних, одержаних на стандартному та новому, яке створене при виконанн1 роботи, обладнанн1. Анал!з цих даних та необххдн! узагальнення проведен! з притягненням сучасних ф!зичних 1 континуальних уяв-лень про к!неткку накопичення розс1ятас пошкоджень.

До основних результат!в досл!дження в!дносяться:

1. Розвинут! !снуюч! та запропонован! нов! метода експери-ментального досл!дження кхнетики накопичення пошкоджень у мета-левих матерIалах, що заснован! на використанн! р!внов!сних д!аграы, як! визначенн! безпосередн!ми методами залишковоГ зм!-ни об'еыу, демпфуючоГ властивост1 ! параметр!в акустично!' ем!с!Г деформованого металу.

2. Розроблена та експериментально обгрунтована модель накопичення пошкоджень у иеталевих матергалах, у тому числ1 при складному напруженому стан!, в-як!й у якост! параметра, харак-теризуючого шзидк!сть процесу на задан¡¡й стад!Г деформування, прийнято коеф!ц!снт поперечноГ деформац!I на щй стад!Г. Резуль-тати розрахушив по запропонован!й модел1 знаходяться у доброму сп!вз!дношенш з даними спец!ально поставлених досл!д!в. Показана ыоялив!сть поширення модел1 на деяк! класи цикл!чного на-вантаження.

3. Показано,що накопичення пошкоджень у матерIал! супро-водауеться зм!ною характеристик його демпфуючо Г властивост! /ло-гарифмгчний декремент коливань/ та деяких параметр1в акустичноГ еы!с!Г /тривал1сть под!!*/; експериментально п!дтверджугться ст'!йка корелящя цих характеристик з р!внем розпушування мате-р!алу в оц!нц! величиною залишковоГ зм1ни сб'ему.

4. Досл!джено вплив розм1ру зерна на темп зростання пошкоджень матер1алу при статичному деформуванн!. Встановленг анал1тич н1 ¡нтерпретац!I залежностей ступеня пошкодженностх матешалу в!, дефои:аи1!, як! включають в якостI незалежного параметра розм!р зерна.

5. Встановлено, що декремент коливань материалу л!н1йно за-вжить в!д залишково? зм1ни об'ему, обумовлено! деформац!ею, призму коеф1ц1ент nconopniftHocTi е функц1ею posMipy зерна. В той

з час po3MiD зедаа впливас на вид залежност1 характеристик АЕ гривал1сть под1Г/ в!д залишково? зм!ни об'ему у зв'язку з роз-/шувакням матер¡алу пои дефопмуваннi.

6. Одержан! пои виконанш досл1дження фактичн! експеримен-эльш дан1 s важливою ¿нформашею, яка нзобх1дна для обгоунту-шня ф1зично! достов1рност1 нових моделей руйнування i можуть ,гти викооисташ пии розй'язашп багатьох практичних задач, част-эво, при удосконаленн! 1снуючих та розробц! нових метод1в i за-)6iB неруйн!вного контролю стану металу, що п!ддасться дефор-пзаннп.

Основыt результати виконано i роботи знайали воображения наступних публ!кац1ях:

1. Недосека С.А., Богинич И.О. Применение аппаратуры

iMA" для оценки поврежденнссти стали 20 акустическим методом // гхническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1995. -I. - С. 31-34.

2. Лебедев A.A., Чаусов Н.Г., Недосека С.А., Богинич И.О.

>дель накопления повреждений в металлических материалах при этическом растяжении // Пробл. прочности. - 1995. - № 7. -. 31-40.

3. Чаусов Н.Г., Лебедев A.A., Богинич И.О., Недосека С.А. гияние предварительного циклического нагружения на процесс 1зрушения образцов из ыартенситно-старещей стали при статической ютяжении // Техническая диагностика и неразрушающий контроль.->96. - № 3. - С. 32-39.

4. Лебедев A.A., Чаусов Н.Г., Богинич И.О., Недосека С.А. ыплексная оценка поврежденности материала при пластическом формировании // Пробл. прочности. 1996. - № 5. - С. 23-30.

5. Чаусов М.Г., Бог1н1ч 1.0. Розробка феноменолог!чноГ дел! накопичення розс!яних пошкоджень в алш!н!свих сплавах

и статичному навантаженн! в умовах складного напруженого стану В кн.; Тези допов!д! друго! науково-техн1чнпГ конференц!Г I "Прогресивн! матер!али, технолог!i' та обладнання в машино-приладобудуванн!".- Терноп!ль, 1993. - C.I2I-I22.

6. Чаусов Н.Г., Богинич И.О. Кинетика накопления рассеян-х и формирования локальных повреждений при статическом дефор-розании металлов в условиях сложного напряженного состояния //

В кн.: Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции "Прочность и живучесть конструкций". - Вологда, 1993. -С.54.

7. Лебедев А.А., Чаусов Н.Г., Богинич И.О. Модель накопления повреждений в металлических материалах при статическом на-гружении // В кн.: Тезисы докладов первой международной -конференции "Актуальные проблемы прочности". - Новгород, 1994. -С.77.

АННОТАПИЯ

Поедложека новая феноменологическая модель накопления повреждений в металлических материалах при статическом нагружении. В качестве основного параметра текущего состояния материала, которому ставится в соответствие степень разрыхления, принят коэффициент поперечной деформации. Приведенная модель удовлетворительно описывает результаты специально поставленных опытов. Показано также, что поврежденность конструкционных материалов при статическом нагружении коррелируется с характеристиками демпфирующей способности и некоторыми параметрами акустической эмиссии металла.

ABSTRACT

A new phenomenologlcal model for damage accumulation in metallic materials under static loading is proposed. A transverse strain factor is taken as a key parameter of the material current state which is associated with the degree of loosening. The model leaded describes adequately the results of the experiments conducted for the purpose. It's shown also that the damage of structural materials under static loading is correlated with damping capasity characteristics, and some parameters of acoustic emission of the metal.

Ключов1 слова: модель накопичення пошкоджень, розпущування, м1цн1сть, коеф1ц1ент поперечно1 деформацп, логарифм 1чний декремент коливань, акустична ем!с!я.

Шдп. до друку i3.i1.1996р, Формат 60x84/16. Пап!р офс. Офс. друк. Ум.друк.арк.0,93. Ум.фарбо-в1дб. 2,91. Обл.-вид.арк,1,0. Тираж IG0 прим. Зам.256. _

Д1льнкця ротапринтного друку BHTI 1ПМхц. HAH Укра1ни. 252314, Ки1в-14, вул.Т1м1рязевська,2.