|
DOI: 10.14489/hb.2018.12.pp.003-010
Столярчук А. С., Романенко М. Д.
ЭНТРОПИЙНО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УВЕЛИЧЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ УПРОЧНЕНИЯ
(c. 3-10)
Аннотация. Экспериментально исследованы повреждения при циклических нагрузках неоднородных по локальным объемам поликристаллических металлических материалов. Опыты проводились на цилиндрических образцах в условиях линейного в макрообъемах напряженного состояния при двух схемах мягкого стационарного цикла нагружений: растяжение (отнулевой цикл), чистый изгиб с вращением (симметричный цикл). Для определения глобального повреждения кинетика локальной неоднородности напряженно-деформированного состояния поликристаллов рассматривается в рамках информационного подхода*. Для такой оценки использовалась мера хаотичности (энтропия по Шеннону) процессов накопления локальных повреждений. Указанные процессы фиксировались на масштабном уровне, менее размера зерна. В качестве локальных источников информации о кинетике повреждений приняты скорости локальных логарифмических деформаций. Эти деформации измерялись на поверхности после разгрузки по направлению первого главного макронапряжения, т.е. вдоль геометрической оси образца. Как «инструмент» воздействия на локальные скорости, использованы две технологии: поверхностного (поверхностное пластическое деформирование) или объемного (микролегирование кальцием) упрочнения материала. В обоих случаях показано существенное влияние упрочнения как на функцию плотности вероятностей распределения локальных скоростей, так и на хаотичность повреждений. Проведенное исследование позволило установить статистически достоверную взаимосвязь между увеличением долговечности материала и совокупным изменением после упрочнения выбранных статистического и энтропийного параметров оценки глобального повреждения. Предлагается методика прогнозирования относительного увеличения долговечности упрочненных материалов.
Ключевые слова: усталость; упрочнение; локальные повреждения; скорости повреждений; статистический анализ скоростей; информационная энтропия повреждений.
Stolyarchuk A. S., Romanenko M. D.
ENTROPY-STATISTICAL ESTIMATION OF FATIGUE LIFE INCREASING OF POLYCRYSTALLINE MATERIAL AFTER ITS HARDENING
(pp. 3-10)
Abstract. The damage processes of heterogeneous polycrystalline metallic materials under cyclic loadings is studied experimentally at the intracrystalline level. The experiments were conducted in linear stress conditions in microvolumes with the two schemes of cycle constant amplitude loading: tensile test (zero-to-max cycle), simple shear test with rotation (symmetric cycle). For the full damage definition the heterogeneity of the stress-strain state is considered in terms of information approach, namely with using chaotic measure (Shannon entropy) of local damage processes. For these processes evaluating as local sources of information about damages the rates of linear intracrystalline strains are accepted. Strains were measured on the surface in the direction of the first principal macro-stress after unloading. To calculating rates the current number of cycles is taken as an argument. The modern technologies of surface (surface plastic deformation – SPD) or volume (microalloying with calcium) material hardening are used as a «tool» of influence on local rates. In both cases, the significant influence of hardening on both the functions of density of local rates distribution and the damage chaotic state is shown. The conducted research allowed to establish a statistically reliable relationship between improving the material fatigue life under cyclic loading and cumulative change of statistical and entropy parameters of damages rates evaluation. The technique of increasing fatigue life prediction of hardened materials is offered.
Keywords: Fatigue life, hardening; Intracrystalline damages level; Damages rates; Statistical analysis of the damages rates; Information entropy of damages rates.
А. С. Столярчук, М. Д. Романенко (Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. S. Stolyarchuk, M. D. Romanenko (Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Панин В. Е., Гриняев Ю. В., Егорушкин В. Е. Основы физической мезомеханики структурно-неоднородных сред // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2010. № 4. С. 8 – 29.
2. Шанявский А. А. Масштабные уровни процессов усталости металлов / А. А. Шанявский // Физическая мезомеханика. 2014. № 17(6). С. 87 – 98.
3. Гурьев А. В., Кукса Л. В., Хесин Ю. Д. Исследование микроособенностей деформации реальных сплавов // Изв. АН СССР. Металлы. 1967. № 2. С. 122 – 129.
4. Реков А. М., Корниенко В. Т., Корниенко Э. О. Законы распределения деформаций и показателей напряженно-деформированных состояний структурных составляющих стали // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. Фундаментальные проблемы теоретической и прикладной механики. 2011. № 4(5). С. 2457 – 2459.
5. Савкин А. Н., Седов А. А., Федченков П. В. Оценка усталости в локальных областях металла с учетом развития неупругих явлений // Изв. Волгоградского гос. техн. ун-та. 2012. № 9(96). С. 125 – 130.
6. Effect of Stress Concentration on Low-Cycle Fatigue Strength of Metals / A. V. Gur’ev, G. M. Misharev, A. S. Stolyarchuk, V. P. Tarasov, Yu. D. Khesin // Strength of Materials. 1974. № 6(11). P. 1303 – 1307.
7. Радченко В. П., Симонов А. В., Дудкин С. А. Стохастический вариант одномерной теории ползучести и длительной прочности // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. Физико-математические науки. 2001. № 12. С. 73 – 84.
8. Багмутов В. П., Столярчук А. С., Коробов А. В. Влияние микролегирования кальцием на циклическую прочность конструкционных материалов // Изв. Волгоградского гос. техн. ун-та. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. 2010. № 4(64). С. 105 – 109.
9. Багмутов В. П., Столярчук А. С., Коробов А. В. Исследование повреждаемости конструкционных материалов при малоцикловой усталости после предварительного упрочнения поверхности // Изв. Волгоградского гос. техн. ун-та. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. 2012. № 9(96). С. 105 – 109.
10. Панин В. Е. Поверхностные слои нагруженных твердых тел как мезоскопический структурный уровень деформации // Физическая мезомеханика. 2001. № 3. С. 5 – 22.
11. Влияние структурного состояния поверхностных слоев образцов технического титана на их усталостную долговечность и механизмы усталостного разрушения / В. Е. Панин и др. // Физическая мезомеханика. 2014. № 17(4). С. 5 – 12.
12. Богданофф Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений: пер. с англ. М.: Мир, 1989. 344 с.
13. Болотин В. В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. 448 с.
14. Савкин А. Н., Седов А. А., Андроник А. В. Оценка долговечности стали при случайном нагружении по феноменологическим моделям повреждаемости // Изв. Волгоградского гос. техн. ун-та. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. 2013. № 21(124). С. 38 – 41.
15. Радченко В. П., Дудкин С. А., Тимофеев М. И. Экспериментальное исследование и анализ полей неупругих микро- и макродеформаций сплава АД-1 // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. Физико-математические науки. 2002. № 16. С. 111 – 117.
16. Шведова А. С. Повышение эксплуатационных свойств деталей при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования // Вестник Донского гос. техн. ун-та. Машиностроение и машиноведение. 2015. № 1(80). С. 114 – 120.
17. Расчетно-экспериментальное исследование влияния упрочнения методом ППД на малоцикловую усталость деталей ГТД с концентраторами напряжений / А. М. Портер и др. // Вестник Самарского гос. аэрокосмич. ун-та. Авиационная и ракетно-космическая техника. 2011. № 3(27). С. 40 – 46.
18. Полонский Я. Я., Бондарева О. П., Гоник И. Л. Фрактографические исследования металла опытных плавок феррито-аустенитной стали 08Х18Г8Н2Т // Изв. Волгоградского гос. техн. ун-та. Сер. Металлургия. 2011. № 5(78). С. 142 – 144.
19. Чигарев В. В., Рассохин Д. А., Лоза А. В. Изменение структуры и свойств литого металла легированием в отливках из чугуна и стали // Вестник Приазовского гос. техн. ун.та. Сер. Технические науки. 2010. № 21. С. 61 – 66.
20. Советов Б. Я. Теория информации. М.: Академия, 2010. 432 с.
21. Bagmutov V. P., Stolyarchuk A. S. Description of Cyclic Creep on Basis of Entropian Approach // Mechanika, Kaunas. 2000. № 1(21). P. 25 – 28.
22. Колбасников Н. Г. Теория обработки металлов давлением. Сопротивление деформации и пластичность. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. 314 с.
23. Гурьев А. В., Тарасов В. П., Столярчук А. С. Эффективность ППД деталей из конструкционных углеродистых сталей, работающих в условиях малоцикловых нагружений // Вестник машиностроения. 1977. № 3. С. 50 – 52.
24. Множественный коэффициент корреляции и коэффициент детерминации [Электронный ресурс]. URL: https://math.semestr.ru/regress/multiplecorrelation.php, свободный (дата обращения: 03.04.2018).
1. Panin V. E., Grinyaev Yu. V., Egorushkin V. E. (2010). Fundamentals of physical mesomechanics of structurally inhomogeneous media. Izvestiya RAN. Mekhanika tverdogo tela, (4), pp. 8-29. [in Russian language]
2. Shanyavskiy A. A. (2014). Scale levels of metal fatigue processes. Fizicheskaya mezomekhanika, 17(6), pp. 87-98. [in Russian language]
3. Gur'ev A. V., Kuksa L. V., Hesin Yu. D. (1967). Study of deformation microstrains of real alloys. Izvestiya AN SSSR. Metally, 2, pp. 122-129. [in Russian language]
4. Rekov A. M., Kornienko V. T., Kornienko E. O. (2011). The laws of the distribution of deformations and indicators of stress-strain states of the structural components of steel. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Lobachevskogo. Fundamental'nye problemy teoreticheskoy i prikladnoy mekhaniki, 5(4), pp. 2457-2459. [in Russian language]
5. Savkin A. N., Sedov A. A., Fedchenkov P. V. (2012). Evaluation of fatigue in local areas of the metal, taking into account the development of inelastic phenomena. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 96(9), pp. 125-130. [in Russian language]
6. Gur’ev A. V., Misharev G. M., Stolyarchuk A. S., Tarasov V. P., Hesin Yu. D. (1974). Effect of Stress Concentration on Low-Cycle Fatigue Strength of Metals. Strength of Materials, 11(6), pp. 1303-1307.
7. Radchenko V. P., Simonov A. V., Dudkin S. A. (2001). Stochastic version of the one-dimensional theory of creep and long-term strength. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Fiziko-matematicheskie nauki, (12), pp. 73-84. [in Russian language]
8. Bagmutov V. P., Stolyarchuk A. S., Korobov A. V. (2010). The effect of calcium micro-doping on the cyclic strength of structural materials. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Problemy materialovedeniya, svarki i prochnosti v mashinostroenii, 64(4), pp. 105-109. [in Russian language]
9. Bagmutov V. P., Stolyarchuk A. S., Korobov A. V. (2012). Investigation of damage to structural materials with low-cycle fatigue after preliminary surface hardening. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Problemy materialovedeniya, svarki i prochnosti v mashinostroenii, 96(9), pp. 105-109. [in Russian language]
10. Panin V. E. (2001). The surface layers of loaded solids as a mesoscopic structural level of deformation. Fizicheskaya mezomekhanika, (3), pp. 5-22. [in Russian language]
11. Panin V. E. et al. (2014). Influence of the structural state of the surface layers of technical titanium samples on their fatigue life and fatigue failure mechanisms. Fizicheskaya mezomekhanika, 17(4), pp. 5-12. [in Russian language]
12. Bogdanoff Dzh., Kozin F. (1989). Probabilistic Damage Accumulation Models. Moscow: Mir. [in Russian language]
13. Bolotin V. V. (1990). Resource machines and designs. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
14. Savkin A. N., Sedov A. A., Andronik A. V. (2013). Estimation of durability of steel at random loading according to phenomenological models of damageability. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Problemy materialovedeniya, svarki i prochnosti v mashinostroenii, 124(21), pp. 38-41. [in Russian language]
15. Radchenko V. P., Dudkin S. A., Timofeev M. I. (2002). Experimental research and analysis of the fields of inelastic micro- and macro-deformations of the AD-1 alloy. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Fiziko- matematicheskie nauki, 16, pp. 111-117. [in Russian language]
16. Shvedova A. S. (2015). Improving the performance properties of parts in the processing of dynamic methods of surface plastic deformation. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie i mashinovedenie, 80(1), pp. 114-120. [in Russian language]
17. Porter A. M. et al. (2011). Computational and experimental study of the effect of hardening by the method of PPD on low-cycle fatigue of GTE parts with stress concentrators. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta. Aviatsionnaya i raketno-kosmicheskaya tekhnika, 27(3), pp. 40-46. [in Russian language]
18. Polonskiy Ya. Ya., Bondareva O. P., Gonik I. L. (2011). Fractographic studies of metal experienced heats of austenitic ferritic steel 08H18G8N2T. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Metallurgiya, 78(5), pp. 142-144. [in Russian language]
19. Chigarev V. V., Rassohin D. A., Loza A. V. (2010). Changes in the structure and properties of cast metal by doping in iron and steel castings. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Tekhnicheskie nauki, 21, pp. 61-66. [in Russian language]
20. Sovetov B. Ya. (2010). Information theory. Moscow: Akademiya. [in Russian language]
21. Bagmutov V. P., Stolyarchuk A. S. (2000). Description of Cyclic Creep on Basis of Entropian Approach. Mechanika, Kaunas, 21(1), pp. 25-28.
22. Kolbasnikov N. G. (2000). Theory of metal forming. Deformation resistance and ductility. Saint Petersburg: Izdatel'stvo SPbGTU. [in Russian language]
23. Gur'ev A. V., Tarasov V. P., Stolyarchuk A. S. (1977). Efficiency PPD parts of structural carbon steels operating under low-cycle loading. Vestnik mashinostroeniya, (3), pp. 50-52. [in Russian language]
24. Multiple correlation coefficient and coefficient of determination. Available at:https://math.semestr.ru/regress/multiplecorrelation.php, free (Accessed: 03.04.2018).
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/hb.2018.12.pp.003-010
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/hb.2018.12.pp.003-010
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»