Теоретико-експериментальний підхід до оцінки втомного поширення тріщин у наводнених матеріалах

Abstract

Запропонована теоретико-експериментальна модель росту втомної тріщини у водневовмісному середовищі. В її основу покладені закономірності вичерпання енергетичних запасів матеріалу за циклічного руйнування та впливу водневовмісного середовища на механічні характеристики матеріалу. За деформаційним підходом механіки руйнування для визначення умов пружно-пластичного деформування матеріалу біля вершини тріщини отримано аналітичні залежності. Враховано ефекти закриття тріщини та асиметрію циклу навантаження. Оцінено взаємодію різних явищ, спричинених воднем, та їх загальний вплив на зміну швидкості росту втомної тріщини. Порівняно розрахункові значення швидкості росту втомної тріщини з експериментальними за різних умов для двох типів сталей.

Предложена теоретико-експериментальная модель роста усталостной трещины в водородсодержащей среде. В основе модели – закономерности исчерпания энергетических запасов материала при циклическом разрушении и влияния водородсодержащей среды на механические характеристики материала. С помощью деформационного подхода механики разрушения для определения условий упруго-пластического деформирования материала около вершины трещины получены аналитические зависимости. При этом учтены эффекты закрытия трещины и асимметрия цикла нагрузки. Оценено взаимодействие разных явлений, вызванных водородом, и их совместное влияние на изменение скорости роста усталостной трещины. Расчетные значения скорости роста усталостной трещины сравнены с экспериментальными – в разных условиях для двух типов сталей.

The theoretical-experimental calculation model of fatigue crack growth in hydrogen-containing environment is proposed. The regularities the exhausting of power supply of material under cyclic loading and the influence of hydrogen environment on mechanical characteristics of this material under static fracture form the basis of the model. The analytical dependences for determination of the conditions of elastic-plastic deformation of the material at the crack tip are given within the framework of the deformation approach of fracture mechanics. The effect of crack closure and load ratio of a cycle are thus taken into account. Interaction of various tendencies caused by the presence of hydrogen and their common influence on the change of fatigue crack growth rate is evaluated. Calculation values of fatigue crack growth rates are compared with the experimental data in different environments for two types of steels.