Сучасні методи дослідження розсіяного пошкодження в конструкційних матеріалах та прогнозування довговічності
DOI:
https://doi.org/10.31548/machenergy2019.02.063Ключові слова:
розсіяне пошкодження, накопи-чування пошкодження, конструкційні матеріали, по-казник Херста.Анотація
У даній роботі для дослідження кіне-тики пошкодження зразків металоконструкцій вико-ристано метод, згідно з яким локальну зону поверхні контрольованого об’єкта сканують пружною хвилею, створюваною у матеріалі від резонансного високочас-тотного збудження стержневого п’єзодатчика, та ре-єструють зсув фаз внаслідок взаємодії зондувальної хвилі з пошкодженими локальними елементами стру-ктури зразка. Результати досліджень показали, що протягом циклічного навантажування полікристаліч-ний матеріал виявляє динамічну нестійкість структу-ри, характерну для багаторівневої дисипативної сис-теми, що виявляється у структурних змінах полікрис-талічного матеріалу, які визначають його граничний стан.
Для визначення мікродеформаційного стану по-верхневого шару конструкційного матеріалу викорис-тано статистичний аналіз фрактальних властивостей нелокалізованого пошкодження на діаграмах зсуву фаз амплітуд напружень циклічного навантажування та механічних деформацій локальних елементів пове-рхні у точках контактної взаємодії з коливально сис-темою вібродатчика за послідовного сканування по-верхні матеріалу. Показник Херста H діаграми, що у подвійних логарифмічних координатах відповідає куту нахилу прямої (у радіанах), яка апроксимує діаг-раму, дозволяє зробити висновок про поточний стан фрактальної розмірности структури локальних на-пружень, а отже про ступінь хаотичності мікродефор-маційного стану поверхні конструкційного матеріалу внаслідок дії силового навантаження.
З метою відстеження пошкодженості на ранніх стадіях експлуатації металоконструкції розроблено експериментально-інформаційну систему аналізу кількісних характеристик розсіяного пошкодження пружнопластичного матеріалу методом когерентно-оптичного сканування деформованої поверхні з виок-ремівністю 0,2 мкм/піксель.
У результаті аналізу отриманих характеристик пошкодження поверхневого шару аустенітної сталі Х18Н10Т за монотонного розтягування встановлено, що закономірності розвитку мікропластичних дефор-мацій поверхні зразків виявляють властивості кореля-ційної зв'язку з кінетикою статистичних характерис-тик спекл-структури когерентного проміння, відбито-го від поверхні аналізованого об'єкта.
Посилання
Troschenko, V. T. & Hamaza, L. A. (2016). Me-chanics of scattered fatigue damage to metals and alloys, Kyiv: G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength NAS of Ukraine.
Terentyev, V. F. & Korableva, S. A. (2015). Fa-tigue of metals, Moscow: Science.
Minduk, V. D., Karpash, M. O. & Dotshenko, E. R. (2013). Experimental verification of the nature of the connection between the parameters of microstructure and the physical properties of materials of long-term metal structures for the assessment of their degree of degrada-tion. Bulletin of the Ternopil National Technical Univer-sity, № 3 (71). 153-163
Kofto, D. G. (2014). Prediction of fatigue re-sistance characteristics of the EP202 alloy based on the results of high-frequency testing of materials on large loading bases. Reliability and durability of machines and structures, Issue 39. 54-59.
Bannikov, M. V., Oborin, V. A. & Naymark O. B. (2015). Study of the staging of the destruction of titanium alloys in the mode of multi- and gigacycle fatigue based on the morphology of the surface of destruction. Bulletin PNRPU. Mechanics, No 3. 15-24.
https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.3.02
Ibatullin, I. D., Gromakovsky, D. G. & Barukin, V. E. (2006). Development of methods and means of sclerometric evaluation of activation parameters of destruction of surface layers. Bulletin of the Samara State Aerospace University of Acad. S. P. Korolev, No. 2-2. 210-216.
Patent of Ukraine for utility model № 118210. X-ray method for determining the degree of fatigue damage to the material of the metal part. Voinalovich O. V., Pisarenko G. G. & Mailo A. M. Publ. 25.07.2017. Bul. No. 14.
Vladimirov, A. P., Kamantchev I. S., Veselova, V. E. & others (2016). Using dynamic speklin-interferometrii for contactless diagnosis of the nucleation of a fatigue crack and determine the rate of its growth. Technical Physics Journal, No. 4. 85-90.
https://doi.org/10.1134/S106378421604023X
Mineev, S. A., Ugolnikov, A. Yu. & Lozovskay, L. B. (2014). Analysis of speckle images of a deformable surface based on optical flow processing algorithms. Bulletin of the Nizhny Novgorod University of N.I. Lobachevskii, No. 2. 81-86.
Alfyorova, E. A. & Lychagin, D. V. (2018). Self-organization of plastic deformation and deformation relief in FCC single crystals. Mechanics of Materials, Vol. 117. 202-213.
https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2017.11.011
Pisarenko, G. G., Voinalovich, O. V. & Mailo, A. M. (2017). Damaging of structural steel under monotonic and cyclic deformation. Damage of materials during operation, methods of its diagnosis and forecast-ing. Works of the V International Scientific and Technical Conference (Ternopil, September 19-22, 2017). Ternopil National Technical University of Ivan Puluj, 38-41.
Filyak, M. M. & Kanugina, O. N. (2012). Appli-cation of the Hurst method for the study of the microge-ometry of the surface of anodic aluminum oxide. Univer-sity complex as a regional center of education, science and culture: materials of the All-Russian Scientific and Methodological Conference; Orenburg State University. Orenburg: IPK "University", 998-1003.
Patent of Ukraine for utility model № 97314. A method of determining the microdeformation state of the surface layer of structural material by fractal dimension. Pisarenko G. G., Mailo A. M. & Voinalovich O. V. Publ. 10.03.2015. Bul. No. 5.
Patent of Ukraine for utility model № 133430. Method of contactless measurement of kinetic hara-kestiystyk destruction of the surface layer of metal struc-tures. Voinalovich O. V., Pisarenko G. G. & Mailo A. M. Publ. 10.04.2019. Bul. No. 7.
Pisarenko G. G., Voinalovich O. V. & Mailo A. M. (2018). Laws of accumulation of non-localized mail-coding in the surface layers of structural materials. Scientific Bulletin of NUBiP of Ukraine. Se-ries: engineering and power engineering of agroindustrial complex, Issue 282. 208-218.
Pisarenko G. G., Voinalovich O. V. & Mailo A. M. (2018). (2014). The influence of operational factors on the patterns of distribution of discrete defor-mations of the surface layer of metal structures under high-cycle loading of samples. Mechanics and Advanced Technologies, T. 84. No 3. 39-44.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
