Неоднорідність макровластивостей твердого тіла як прояв недосконалої пружності конструкційного матеріалу

Abstract

В роботі одержано термограми температури розігріву лабораторних зразків досліджуваного матеріалу (сталі 45). Проаналізовані температурні перепади на поверхні зразків, що виникають внаслідок релаксаційних явищ у полікристалічній структурі металу за дії пружного деформування однорідними циклами розтягу—стиску в діапазоні ультразвукових частот, є проявом локальної неоднорідності пружних властивостей конструкційного матеріалу. Показано, що внаслідок неоднорідності макровластивостей полікристалу місце локалізації руйнування формується поступово в часі, що може бути за прикладного застосування вказаної природної властивості матеріалу використано для визначення часу до руйнування з урахуванням амплітудно-часових параметрів навантаження. Принциповим положенням такого визначення є те, що критерій руйнування за термоактивацією локального місця руйнування виконується значно раніше, ніж критерій, що традиційно визначається за вичерпанням непружності. Врахування вищезазначеного положення уможливлює підвищити точність прогнозування і зменшити розкид експериментальних даних при побудові кривої втоми.

В работе получены термограммы температуры разогрева лабораторных образцов исследуемого материала (стали 45). Проанализированные температурные перепады на поверхности лабораторных образцов, которые возникают в результате релаксационных явлений в поликристаллической структуре металла при действии упругого деформирования однородными циклами растяжения—сжатия в диапазоне ультразвуковых частот, являются проявлением локальной неоднородности упругих свойств конструкционного материала. Показано, что вследствие неоднородности макросвойств поликристалла место локализации разрушения формируется постепенно во времени, что может быть использовано для определения времени до разрушения с учётом амплитудно-временных параметров нагружения при прикладном использовании указанного естественного свойства материала. Принципиальным положением такого определения является то, что критерий разрушения по термоактивации локального места разрушения соблюдается значительно раньше, чем критерий, который традиционно определяется по исчерпанию неупругости. Учёт вышеупомянутого положения позволяет повысить точность прогнозирования и уменьшить разброс экспериментальных данных при построении кривой усталости.

The thermograms showing the heating temperature of laboratory specimens of the material under investigation (steel 45) are obtained. The temperature gradients on the surface of specimens occurring due to the relaxation phenomena in the polycrystalline structure of the metal under action of elastic deformation by uniform tension—compression cycles in the range of ultrasonic frequencies are analyzed. They are a manifestation of the local nonuniformity of elastic properties of the structural material. As a result of the nonuniformity of the polycrystal properties, the point of localization of the fracture is formed gradually in time. It can be used to determine the time to fracture, taking into account the amplitude—time parameters of loading in the case of use of the above natural property of this material. The key point of this determination is the fact that the fracture criterion under thermal activation of the local point of fracture is satisfied much earlier than that for the traditional criterion based on the determination of inelasticity exhaustion. The consideration of the above statement allows to improve the accuracy of prediction and to decrease the spread of experimental data during the construction of fatigue curves.