Разработка и обоснование функции накопления малоцикловых повреждений, как составляющей общего процесса развития трещин при длительном высокотемпературном нагружении

Научную новизну проекта составляют теоретическая формулировка, численное обоснование и экспериментальные приложения новых параметров сопротивления разрушению, которые, в отличие от традиционных подходов, в количественной форме воспроизводят влияние микроструктурных процессов накопления и развития повреждений малоцикловой усталости в общем процессе развития трещин при длительном высокотемпературном нагружении. В рамках выполнения проекта проведено сопоставление вклада составляющей малоцикловых повреждений и длительной статической поврежденности в общий процесс развития трещин при высокотемпературном нагружении. Проект является комплексным экспериментальным, теоретическим и численным исследованием характеристик сопротивления деформированию и разрушению титанового сплава ВТ3-1, проявляющего свойства упругости, пластичности и ползучести. Теоретическая часть проекта состоит в формулировке конституционного уравнения функции накопления повреждений в локальной области вершины трещины, включающейя функции накопления повреждений малоцикловой усталости и ползучести. В порядке выполнения проекта предполагается провести численное и аналитическое исследование полей напряжений и зон процесса разрушения при взаимодействии малоцикловой усталости и ползучести. Основой этой части проекта будет формулировка и обоснование функции, определяющей влияние микроструктурных повреждений материалов малоциклового деформирования на макроскопическое поведение тела конечных размеров с трещиной при длительном высокотемпературном нагружении. В вычислительной части проекта предполагалось ввести новый параметр поврежденности, учитывающий составляющую малоциклового деформирования в специальную формулировку конечного элемента с помощью пользовательских процедур расчетного МКЭ-комплекса ANSYS с тем, чтобы получить представление о зонах активного накопления процесса повреждений в окрестности вершины трещины, о взаимном влиянии процесса накопления повреждений при взаимодействии усталости и ползучести. Раздел численных параметрических исследований был разделен на две части. Первая часть была посвящена анализу поведения поврежденной среды в рамках классических модельных представлений. Вторая часть была адресована экспериментальным образцам заданной геометрии для расчета кинетики накопления повреждений для оговоренных сочетаний малоциклового деформирования (нагрузка - разгрузка) и времени выдержки под нагрузкой. Количественные характеристики среды и испытательных образцов с поврежденностью были положены в основу формулировки и представления экспериментальных данных развития трещин посредством коэффициента интенсивности напряжений при взаимодействии усталости и ползучести с учетом кинетики накопления повреждений. Весь комплекс численных расчетов на основе МКЭ был выполнен с использованием классических однородных изотропных и специальных конечных элементов с поврежденностью. В первой части экспериментальных работ по проекту были испытаны цилиндрические образцы при одноосном статическом растяжении, малоцикловой усталости и длительном статическом растяжении при заданной температуре в рамках идентификации и выбора параметров соответствующих конституционных уравнений. Вторая основная часть экспериментальных работ по проекту состояла в проведении исследований скорости роста трещины в компактных образцах при совместном действии усталости и ползучести. Обобщением работ по проекту стала формулировка расчетно-экспериментальной модели взаимодействия накопления повреждений на микроструктурном уровне с развитием трещин на макроуровне при взаимодействии усталости и ползучести.