Исследования свойств материалов при сложных условиях малоциклового деформирования

Работоспособность конструкций при сложных комбинированных режимах нагружения зависит от значительного числа сочетаний эксплуатационных параметров термомеханических воздействий по нагрузкам, температурам, временам, числам циклов, скоростям деформирования. Основные закономерности деформирования конструкционных материалов при сложных режимах устанавливаются при комбинированных стандартных, унифицированных и специальных испытаниях в лабораторных условиях. С использованием представительных обоснований физико-механических моделей для диаграмм деформирования в широком диапазоне условий нагружения, с учетом разномасштабности моделей, структуры материалов и ответственности конструкций предлагается постадийное рассмотрение соответствующих типов деформирования: упругого, знакопеременного течения, прогрессирующего накопления деформаций и их комбинации. Расчеты конструкций при этом могут быть построены в виде иерархической системы, в которой каждый следующий уровень уточняет границы допустимых воздействий в сторону расширения области действующих нагрузок, температур, скоростей и режимов деформирования, что сопряжено с увеличением объема требуемых исходных данных и усложнением расчетов. Предлагаемые способы схематизации физико-механических свойств и типы уравнений состояния для описания кривых деформирования учитывают требования компактности исходных данных и необходимость использования как стандартных и унифицированных методов определения характеристик циклического неупругого деформирования, так и специальных методов. Для описания кинетики диаграмм деформирования в рассматриваемых условиях как с теоретических позиций, так и с точки зрения практических приложений наиболее обоснованными являются степенные уравнения, для отражения роли температурного фактора — экспоненциальные зависимости, для учета факторов времени, скорости деформирования и условий двухчастотности нагружения — степенные зависимости. Уточненные расчеты на высших, более сложных ступенях рассматриваемой иерархии, обеспечивающие максимально возможное использование деформационных и прочностных резервов материалов и конструкций, должны основываться на кинетических закономерностях, описывающих процессы малоциклового деформирования при сложных режимах нагружения.

1. Makhutov N. A., Gadenin M. M., Chernyavskii O. F., Chernyavskii A. O., and Evropin S. V. Low-cycle deformation of the structures in a nuclear power plant and methods for calculating them / Atomic Energy. 2009. Vol. 107. No. 3. P. 173 – 179. DOI: 10.1007/s10512-010-9212-4

2. Махутов Н. А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008. — 528 с.

3. Gadenin M. M. Estimation of the Effect of Loading Modes on the Conditions of Attainment of Marginal States and Resource Assignment / Inorg. Mater. 2014. Vol. 50. No. 15. P. 1537 – 1542. DOI: 10.1134/S0020168514150035

4. Сопротивление деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружении. — М.: Наука, 1967. — 170 с.

5. Прочность при малом числе циклов нагружения. — М.: Наука, 1969. — 257 с.

6. Прочность при малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1975. — 288 с.

7. Поля деформаций при малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1979. — 278 с.

8. Уравнения состояния при малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1981. — 245 с.

9. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. — М.: Наука, 1983. — 271 с.

10. Механика малоциклового разрушения. — М.: Наука, 1986. — 264 с.

11. Статистические закономерности малоциклового разрушения. — М.: Наука, 1989. — 253 с.

12. Научные основы повышения малоцикловой прочности. — М.: Наука, 2006. — 584 с.

13. Makhutov N. A., Chernyavskii O. F., Chernyavskii A. O., and Gadenin M. M. Conditions for existence of alternating inelastic deformations at low-cycle loading / J. Mach. Manufact. Reliability. 2008 (October) Vol. 37. No. 5. P. 460 – 468. DOI: 10.3103/S1052618808050099

14. Гаденин М. М., Махутов Н. А., Чернявский О. Ф., Чернявский А. О. Комбинированное малоцикловое деформирование и разрушение материалов и конструкций. Международная конференция «Живучесть и конструкционное материаловедение»: Труды конференции. Т. 1. — М.: ИМАШ РАН, 2012. С. 56 – 66.

15. Гаденин М. М. Особенности кинетики диаграмм циклического упругопластического деформирования при наличии в циклах выдержек и наложении на них переменных напряжений / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 12. С. 46 – 53. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-12-46-53

16. Гохфельд Д. А., Гецов Л. Б., Кононов К. М. и др. Механические свойства сталей и сплавов при нестационарном нагружении: справочник. — Екатеринбург: УрО РАН, 1996. — 408 с.

17. Гаденин М. М. Характеристики механических свойств материалов в анализе условий достижения предельных состояний / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 2. С. 58 – 63.

18. Gokhfeld D. A., Cherniavsky O. F. Limit analysis of structures at thermal cycling. Sijthoff and Noordhoff Int. Publ., Alphen aan den Rijn. — The Netherlands, Rockville, MD, USA, 1980. — 537 p.

19. ASME Boiler and Pressure Vessel Code. Section I — Rules for Construction of Power Boilers BPVC-I — 2007.

20. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 524 с.

21. Гохфельд Д. А., Садаков О. С. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях. — М.: Машиностроение, 1984. — 256 с.

22. Ponter A. R. S. On the stress analysis of creeping structures subject to variable loading / Trans. ASME. Sec. E. 1973. No. 2.

23. Chaboche J. L. Constitutive Equations for Cyclic Plasticity and Cyclic Viscoplasticity / Int. J. Plasticity. 1989. Vol. 5. No. 3. P. 247 – 302.

24. Gadenin M. M. Study on Damaging and Fatigue Life of Constructions under Single- and Two-Frequency Loading Modes Based on Deformational and Energy Approaches / Inorg. Mater. 2018. Vol. 54. No. 15. P. 1543 – 1550. DOI: 10.1134/S0020168518150049

25. Gadenin M. M. Study of the Effect of Strain Amplitude Ratio at Two-Frequency Cyclic Loading / Inorg. Mater. 2019. Vol. 55. No. 15. P. 1523 – 1532. DOI: 10.1134/S0020168519150056

26. Gadenin M. M. Calculation and Experimental Estimation of the Role of the Frequency Ratio in Changing the Durability at Two-Frequency Deformation Modes / Inorg. Mater. 2020. Vol. 56. No. 15. P. 1485 – 1491. DOI: 10.1134/S0020168520150042