ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ НА ЦИКЛИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ СТАЛИ 20 ПРИ РАСТЯЖЕНИИ И КРУЧЕНИИ
DOI:
https://doi.org/10.20535/2305-9001.2013.67.34322Keywords:
деформація в зоні концентратора, напруження в зоні концентратора, прогнозуваня довговічності, низковуглецева стальAbstract
В роботі досліджується вплив концентрації напружень на втомну поведінку сталі 20 при осьовому навантаженні та випробуваннях на кручення. Експериментальні дослідження проведено на трубчастих зразках з отвором та без концентратору при одновісному розтяганні-стисканні та знакозмінному крученні. Критерій максимальних нормальних напружень було використано в якості контролюючого параметру програми випробувань. Експерименти при крученні зразків без концентраторів продемонстрували занижені результати на втому, які не можуть бути описані за допомогою теорії максимальних нормальних напружень. Однак, з урахуванням втомного коефіцієнту концентрації теорія максимальних нормальних напружень дає задовільні результати для зразків з отвором. Для оцінки напружено- деформованого стану поблизу концентратора було використано скінченно-елементний аналіз. Втомна міцність зразків з концентратором розраховувалась на основі даних на довговічність для гладких зразків та значень втомного коефіцієнту концентрації напружень. Прогнозовані значення довговічності для зразків з концентратором напружень виявилися консервативними, при цьому для одновісного навантаження у меншій мірі в порівнянні з результатами для кручення. Встановлено, що прогнозування довговічності може бути успішно виконане згідно критерію Фатемі-Сосі. Цей критерій заснований на пошкоджуваності матеріалу по зсувному типу, що відображує реальний механізм зародження тріщини, спостерігаємий у експериментах як для гладких зразків так і для зразків з концентратором при навантаженні осьовою силою та крутним моментом.
References
1. Atzori B, Berto F, Lazzarin P, Quaresimin M. Multi-axial fatigue behavior of a severely notched carbon steel. Int J Fatigue 2006;no28:pp. 485-93.
2. Jen YM, Wang WW. Crack initiation life prediction for solid cylinders with transverse circular hole under in-phase and out-of-phase multiaxial loading. Int J Fatigue 2005;no27:pp. 527-39.
3. Gao Z, Qui B, Wang X, Jiang Y. An investigation of fatigue of a notched member. Int J Fatigue 2010;no32:pp. 1960-9.
4. Sun GQ, Shang DG. Prediction of fatigue lifetime under multiaxial cyclic loading using finite element analysis. Materials and Design 2010;no31:pp. 126–33.
5. Alfredsson B, Watz V, Olsson E. Fatigue crack initiation an growth at holes in a high strength bianitic roller bearing steel when loaded with non-proportional shear and compressive cycles. Int J Fatigue 2011;no33:pp. 1244-56.
6. Tipton SM, Nelson DV. Advances in multiaxial fatigue life prediction for components with stress concentrations. Int J Fatigue 1997;no19;pp. 503-15.
7. Thomson KD, Sheppard SD. Fatigue crack growth in notched and plain shafts subjected to torsion and axial loading. Engng Fract Mechanics 1992;no43(1):pp. 55-71.
8. Ohkawa C, Ohkawa I. Notch effect on torsional fatigue of austenitic stainless steel: Comparison with low carbon steel. Engng Fract Mechanics 2011;no78:pp. 1577-89.
9. Kujawski D. Estimations of stress intensity factors for small cracks at notches. Fat. Fract. Engng. Mater. Struct. 1991;no14: pp. 953-65.
10. Neuber H. Kerbspannungstehre, Springer, Berlin, 1958; Translation Theory of Notch Stress, U.S. Office of Technical Services, Washington, DC, 1961.
11. Fuhring H., Approximation functions for K-factors of cracks in notches. Int J Fracture1973;no9:pp. 328-31.
