539.388.1
539.389.2

втома
жорстке навантаження
пошкодження
вичерпання пластичності
пружно-пластичний напружено-деформований стан
непружна деформація
розрахункова модель
fatigue
“rigid” loading
damage
exhaustion of plasticity
plastico-elastic stress strain state
inelastic strains
calculating model

Наведено розрахункове оцінювання кінетики втомного пошкодження та пружно- пластичного напружено-деформованого стану (НДС) сталей за жорстких режимів циклічного навантаження з використанням моделі граничного вичерпання циклічної пластичності (ГВЦП). Для цього використано розроблену раніше методику підсумовування втомних пошкоджень, яка дозволяє розраховувати кінетику втомних пошкоджень при нерегулярному циклічному навантаженні. Показано відмінність у накопиченні втомних пошкоджень та кінетики пружно-пластичного НДС для жорстких режимів по повній та непружній деформаціях на прикладі двох матеріалів: циклічно зміцнюваної сталі 45 та циклічно знеміцнюваної сталі 1Х2М. Розрахунки за допомогою ГВЦП моделі показують, що для матеріалів, які при циклічному навантаженні мають нестабільність непружної деформації, коефіцієнт підсумовування втомного пошкодження значно відрізняється від оцінки за лінійною гіпотезою підсумовування. Наведені результати можуть бути використані для розрахункового оцінювання довговічності елементів конструкцій, які працюють у режимі жорсткого навантаження, з меншою похибкою у порівнянні з застосуванням стабілізованих значень непружних деформацій і відомих гіпотез підсумовування втомних пошкоджень. Це пов’язано з тим, що запропонована розрахункова модель описує відмінність у накопиченні втомних пошкоджень за змінних амплітуд циклічного навантаження для матеріалів з різною кінетикою непружних деформацій. У свою чергу, це дає можливість теоретично обґрунтувати необхідність урахування особливостей кінетики непружних деформацій в умовах жорсткого режиму навантаження та описати відмінність і нелінійний характер накопичення втомних пошкоджень у цьому режимі для вказаних груп матеріалів.
In the article the calculating estimation of fatigue damage and plasto-elastic stress-strain state (SSS) kinetics of steels under the “rigid” cyclic loading modes using the ultimate exhaustion of cyclic plasticity (UECP) model is presented. To do this the previously developed method of fatigue damage summation, which allows to calculate the kinetics of fatigue damage under irregular cyclic loading, was used. The difference in the accumulation of fatigue damage and the kinetics of elastic-plastic SSS for two “rigid” cyclic loading modes (total and inelastic strains control loadings) are shown on the example of two materials: cyclically hardening steel 45 and cyclically softening steel 1Х2М. Besides, calculations with help of the UECP model show, that for the materials with cyclic inelastic strain instability during cyclic loading fatigue damage summation rate is significantly different as compared with the same obtained by the linear summation hypothesis. The results presented can be used for calculating lifetime estimation of structural elements operating under “rigid” loading modes with a higher accuracy as compared with the use of both stabilized values of inelastic strains and well-known fatigue damage summation hypotheses. This is due to the fact, that the proposed calculative UECP model describes the difference in fatigue damage accumulation under variable cyclic load amplitudes for the materials with different kinetics of inelastic strains. In its turn, it makes possible to substantiate theoretically the necessity of taking into account the inelastic strain kinetics peculiarities under the “rigid” loading modes and to describe the difference and nonlinear nature of fatigue damage accumulation under these loading modes for the specified groups of materials.

1. Трощенко, В.Т. Циклические деформации и усталость металлов: в 2-х т. [Текст] / В.Т. Трощенко. – Киев: Наукова думка, 1983. – Т.1. – 216 с.; Т.2. – 221 с.
2. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении [Текст] / В.Т. Трощенко. – Киев: Наук. думка, 1981. – 344 с.
3. Трощенко, В.Т. Методы ускоренного определения пределов выносливости металлов на основе деформационных и энергетических критериев [Текст] / В.Т. Трощенко, Л.А. Хамаза, Г.В. Цыбанев. – К.: Наук. думка. – 1979. – 172 с.
4. Трощенко, В.Т. Усталость металлов при неоднородном напряженном состоянии [Текст] / В.Т. Трощенко. – К.: Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко, 2011. – 129 с.
5. Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Справочное пособие: в 2-х т. [Текст] / В.Т. Трощенко, А.Я. Красовский, В.В. Покровский, Л.А. Сосновский, В.А. Стрижало. – Киев: Наук. думка, 1994. – Ч.1. – 243 с.; Ч.2. – 704 с.
6. Ye DY. A new approach to low–cycle fatigue damage based on exhaustion of static toughness and dissipation of cyclic plastic strain energy during fatigue [Теxt] / Ye DY, Wang ZL // International Journal of Fatigue. – 2001. – Volume 23. – P. 679 – 687.
7. Ye DY. Change characteristic of static mechanical property parameters and dislocation structures of 45# medium carbon structural steel [Теxt] / Ye DY, Wang ZL // Mater. Sci. Engng. – 2001. – Volume 297. – P. 54 – 61.
8. Tsyban’ov G.V. Ultimate hardening/softening model of material for fatigue crack initiation onset and determination of its parameters [Теxt] / G.V. Tsyban’ov, A.I. Novikov // International Journal of Fatigue. – 2012. – Volume 39. – P. 15 – 24.
9. Цибаньов, Г.В. Визначення кінетики втомного пошкодження і довговічності сталей в умовах неоднорідного напружено-деформованого стану [Текст] / Г.В. Цибаньов, А.І. Новіков // Вісник Тернопільського державного технічного універсітету. – 2013. – №4. – С. 95 – 108.
10. Цибаньов, Г.В. Оцінювання втомного пошкодження і залишкового ресурсу матеріалу за моделлю граничного вичерпання пластичності [Текст] / Г.В. Цибаньов, А.І. Новіков // Вісник ТДТУ. – 2009. – №3. – С. 53 – 65.
11. Цыбанёв, Г.В. Определение долговечности материала при циклическом нагружении со случайной амплитудой напряжений по модели предельного исчерпания пластичности [Текст] / Г.В. Цыбанёв, А.И. Новиков // Надежность и долговечность машин и сооружений. – 2011. – Выпуск 34. – С. 67 – 79.
12. Трощенко, В.Т. Исследование усталостной прочности образцов с концентраторами напряжений с учетом неупругих деформаций [Текст] / В.Т. Трощенко, Л.А. Хамаза, Ю.Д. Мищенко // Пробл. прочности. – 1979. – № 4. – С. 13 – 16.

1. Troshhenko V.T. Ciklicheskie deformacii i ustalost' metallov. Kiev: Naukova dumka, 1983, V.1, 216 p.; V.2, 221 p. [in Russian].
2. Troshhenko V.T. Deformirovanie i razrushenie metallov pri mnogociklovom nagruzhenii. Kiev: Naukova dumka, 1981, 344 p. [in Russian].
3. Troshhenko V.T., Xamaza L.A., Cybanev G.V. Metody uskorennogo opredeleniya predelov vynoslivosti metallov na osnove deformacionnyx i e'nergeticheskix kriteriev. Kiev: Naukova dumka, 1979, 172 p. [in Russian].
4. Troshhenko V.T. Ustalost' metallov pri neodnorodnom napryazhennom sostoyanii. Kiev: Institut problem prochnosti im. G.S. Pisarenko, 2011, 129 p. [in Russian].
5. Troshhenko V.T., Krasovskij A.Ya., Pokrovskij V.V., Sosnovskij L.A., Strizhalo V.A. Soprotivlenie materialov deformirovaniyu i razrusheniyu. Spravochnoe posobie. Kiev: Naukova dumka, 1994, V.1, 243 p.; V.2, 704 p. [in Russian].
6. Ye DY, Wang ZL. A new approach to low–cycle fatigue damage based on exhaustion of static toughness and dissipation of cyclic plastic strain energy during fatigue International Journal of Fatigue. V.23, p.679 – 687.
7. Ye DY, Wang ZL. Change characteristic of static mechanical property parameters and dislocation structures of 45 medium carbon structural steel. Mater. Sci. Engng, 2001, V. 297, P. 54 – 61.
8. Tsyban’ov G.V., Novikov A.I. Ultimate hardening/softening model of material for fatigue crack initiation onset and determination of its parameters. International Journal of Fatigue, 2012, Volume 39, p. 15 – 24.
9. Tsybanov H.V., Novikov A.I. Vyznachennia kinetyky vtomnoho poshkodzhennia i dovhovichnosti stalei v umovakh neodnoridnoho napruzheno–deformovanoho stanu. Visnyk TDTU, 2013, V.4, p. 95 – 108 [in Ukrainian].
10. Tsybanov H.V., Novikov A.I. Otsiniuvannia vtomnoho poshkodzhennia i zalyshkovoho resursu materialu za modelliu hranychnoho vycherpannia plastychnosti. Visnyk TDTU, 2009, V.3, P. 53 – 65 [in Ukrainian].
11. Tsybanov H.V., Novikov A.I. Opredelenie dolgovechnosti materiala pri ciklicheskom nagruzhenii so sluchajnoj amplitudoj napryazhenij po modeli predel'nogo ischerpaniya plastichnosti. Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i sooruzhenij, 2011, V. 34., P. 67 – 79 [in Russian].
12. Troshhenko V.T., Xamaza L.A., Mishhenko Yu.D. Issledovanie ustalostnoj prochnosti obrazcov s koncentratorami napryazhenij s uchetom neuprugix deformacіj. Probl. Prochnosti, 1979, V.4, P. 13 – 16 [in Russian].