539.3

множинне розтріскування
термовтома
сталь 25Х1М1Ф
коефіцієнт інтенсивності напружень
multiple cracking
thermal fatigue
25Cr1MoV steel
stress intensity factor

Одним із фундаментальних чинників, що істотно впливає на міцність елементів конструкцій під час їхньої експлуатації, є термовтома матеріалів. Важливим завданням є прогнозування розвитку мережі поверхневих тріщин термовтоми, яка виникає на ранніх етапах експлуатації й значною мірою окреслює майбутню довговічність елемента конструкції. Аналітично розроблено метод інженерних розрахунків впливу теплової втоми на втомне руйнування матеріалу. Розвиток мікродефектів запропоновано моделювати на основі принципу механізмів зародження та розвитку тріщин з урахуванням в останньому залежності для коефіцієнтів інтенсивності напружень, отриманої в результаті розгляду подвійно періодичної задачі теорії пружності для нескінченної пластинки із подвійно періодичною мережею паралельних тріщин. Відстані між тріщинами визначено на основі ймовірнісних залежностей, отриманих за діаграмами термовтоми, а розміри дефектів розраховано за формулою Періса. Такий підхід дає змогу ефективно моделювати дію теплових напружень на втому й живучість матеріалів. Обчислено ймовірнісні залежності пошкодженості D, довжини мікротріщин і відстаней між ними від кількості термоциклів для сталі 25Х1М1Ф при розмаху внутрішніх температурних напружень S0 = 100...300 MПa.
One of the fundamental factors that significantly affect the strength of structural elements during their operation is thermal fatigue of materials. It is important to predict the development of surface cracks network under thermal fatigue that emerges in the early stages of operation and largely determines the lifetime of structural elements. The microcracks growth rate depends on the thermomechanical properties of the material, its structure, temperature and force operation conditions (level, type, method of loading, other external influences), the relative position of microcracks and the distance between them and has a largely statistical nature. Modern design standards for the industry account for this uncertainty through empirical factor of safety. This makes the design conservative, not giving the proper ways to study and improve it. This approach makes it impossible to quantify the risks associated with the project design. So the critical task is the development and introduction into practice of design the probabilistic models, and the probabilistic methods on their basis, in addition to the existing standards. Analytical method is developed for engineering calculations of thermal fatigue effect on fatigue fracture of the material. The development of microdefects is proposed to be modeled on the basis of the mechanisms of nucleation and growth of cracks taking into consideration the dependency for stress intensity factors obtained as a result of the solution of doubly periodic problem of elasticity for an infinite plate with a doubly periodic network of parallel cracks. The distances between the cracks were determined based on probabilistic dependencies obtained from thermal fatigue diagrams and the size of defects was calculated by Paris law. This approach enables the efficient modeling of effects of thermal stresses on fatigue and durability of materials. The probabilistic dependencies of damage D, the average length of microcracks and the distances between them upon the number of thermal cycles were calculated for 25Cr1MoV steel under internal thermal stresses range S0 = 100 ... 300 MPa.