Исследование физических закономерностей роста усталостных трещин и разработка методических подходов по оценке надежности материалов авиационного назначения при комбинированном динамическом и последующем гигацикловом нагружении

Отчет: 21 стр., иллюстраций 17, таблиц 3, библ. названий 21. Ключевые слова: разрушение, гигацикловая усталость, скейлинг, морфология поверхности, мультифрактальный анализ, уравнение Пэриса, кинетика роста трещины. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование закономерностей процесса разрушения на различных структурных уровнях материалов авиационного моторостроения (алюминиевые сплавы АМг6, Д16Т и титановый сплав ВТ-6), в условиях лабораторных экспериментов, максимально соответствующих распространенной в приложениях ситуации – катастрофическому уменьшению прочности элементов авиационных двигателей (лопаток вентиляторов) при случайном высокоскоростном соударении с твердыми частицами и последующем неконтролируемом традиционными методами снижении усталостного ресурса. Экспериментально реализована программа испытаний по динамическому предварительному нагружению специально изготовленных образцов из сплавов АМг6, Д16Т, ВТ-6 с последующей реализацией гигациклового нагружения (количество циклов 10^8-10^9). Предварительное нагружение образцов осуществлялось динамическим растяжением на разрезном стержне Гопкинсона-Кольского при скоростях деформации до ~10^3 c^-1, после чего образцы подвергались циклическим испытаниям (с коэффициентом асимметрии R=-1) на испытательной машине резонансного типа Shimadzu USF-2000 (частота нагружения 20 кГц). Обнаружено снижение на 15-25% предельного напряжения разрушения предварительно нагруженного сплава АМг6 с уровня напряжения 162 МПа в исходном (недеформированном) состоянии до уровня напряжений 121-138 МПа, соответствующего критическому количеству циклов ~7,5*10^8 при воздушном охлаждении образцов. Отработана методика проведения экспериментов в условиях коррозионной среды на образцах из сплава АМг6, обнаружено снижение предельного напряжения разрушения предварительно нагруженного сплава с 70 МПа в исходном (недеформированном) до уровня 50-60 МПа, соответствующего критическому количеству циклов ~4,2*10^8 при охлаждении образцов солевым туманом (3%NaCl). Снижение предельного напряжения разрушения предварительно нагруженного сплава Д16Т (с уровня напряжения 150 МПа в исходном, недеформированном, состоянии до уровня напряжений 90-105 МПа) достигало 30-40%. Снижение предельного напряжения разрушения предварительно нагруженного сплава ВТ6 с уровня напряжения 450 МПа в исходном (недеформированном) состоянии до уровня напряжений 130 МПа достигало 346%, соответствующего критическому количеству циклов ~1,3*10^8.