МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ МЕХАНИЗМОВ МАЛО- И МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ
Рассматриваются процессы усталостной долговечности поликристаллических конструкционных сплавов при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой усталости. С позиции механики поврежденной среды развита математическая модель, описывающая процессы пластического деформирования и накопления усталостных повреждений. Модель состоит из трех взаимосвязанных частей: соотношений, определяющих циклическое упругопластическое поведение материала с учетом зависимости от процесса разрушения; уравнений, описывающих кинетику накопления усталостных повреждений; критерия прочности поврежденного материала. Вариант определяющих соотношений упругопластичности основан на представлении о поверхности текучести и принципе градиентальности вектора скорости пластических деформаций к поверхности текучести в точке нагружения. Такой вариант уравнений состояния отражает основные эффекты процесса циклического пластического деформирования материала для произвольных сложных траекторий нагружения. Вариант кинетических уравнений накопления усталостных повреждений основан на введении скалярного параметра поврежденности, базируется на энергетических принципах и учитывает основные эффекты образования, роста и слияния микродефектов при произвольных сложных режимах нагружения. Предложена совместная форма эволюционного уравнения накопления усталостных повреждений в областях малоцикловой и многоцикловой усталости. Показано, что при регулярном циклическом нагружении материала уменьшение амплитуды деформации цикла при переходе от малоцикловой к многоцикловой усталости происходит постепенно и зависит от физического взаимодействия этих механизмов в переходной зоне. В качестве критерия прочности поврежденного материала используется условие достижения величиной поврежденности критического значения. Приведена методика численного определения параметров эволюционного уравнения накопления усталостных повреждений при многоцикловой усталости. Для оценки достоверности и определения границ применимости определяющих соотношений механики поврежденной среды проведены численные исследования процессов деформирования и накопления усталостных повреждений в ряде конструкционных сплавов при циклических испытаниях и выполнено сравнение полученных численных результатов с данными натурных экспериментов. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных показали, что разработанная модель поврежденной среды достоверно описывает долговечность конструкций при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой усталости. Показано, что предлагаемая модель качественно и с необходимой для практических расчетов точностью количественно описывает основные эффекты процессов деформирования и накопления усталостных повреждений в конструкционных сплавах при циклическом нагружении.