Развитие повреждений при сверхмногоцикловой усталости
В работе дается описание метода испытаний металлических материалов с использованием пьезоэлектрических нагружающих элементов в области сверхмногоцикловой усталости (СВМУ). Обсуждается схема и устройство высокочастотной усталостной установки. Для проведения экспериментов рассчитывается первая мода резонансных продольных колебаний, соответствующих собственным частотам цилиндрического корсетного образца. Приводятся результаты некоторых экспериментов по сверхмногоцикловому усталостному разрушению образцов титанового сплава ВТ3-1 при различных коэффициентах асимметрии цикла. Проведено математическое моделирование процесса развития усталостных повреждений в области СВМУ. Для этого используется бимодальное представление усталостной кривой. Это представление содержит две ветви: левая ветвь соответствует классическим режимам малоцикловой и многоцикловой усталости, а правая ветвь описывает режим сверхмногоцикловой усталости. На этой основе построена кинетическая модель, ассоциированная с известным критерием многоосного усталостного разрушения SWT, в котором заложен механизм, связанный с развитием микротрещин нормального отрыва. Данную кинетическую модель развития повреждаемости можно использовать для расчета различных режимов усталостного разрушения - от малоцикловой до сверхмногоцикловой усталости. На основе этой модели разработан численный метод решения эволюционного уравнения для функции повреждаемости. Усталостное разрушение материала в данной модели связано с деградацией его модулей упругости по мере роста функции повреждаемости. Проведены расчеты развития трещиноподобных зон усталостного разрушения титановых корсетных образцов при различных коэффициентах асимметрии циклического нагружения, использованных при испытаниях на пьезоэлектрической установке. Для проверки работоспособности модели проведено сравнение экспериментальных и расчетных усталостных кривых в области СВМУ.