Диагностика структурного состояния стали 45 при воздействии циклической нагрузки

Abstract

Проведены исследования сопротивления усталости стали 45 при симметричных и асимметричных циклах нагружения и изменений структуры в процессе циклического нагружения. Накопление усталостных повреждений оценивали путем статистической обработки изображений микроструктуры. В качестве параметра, характеризующего состояние материала, использовали значение эксцентриситета эллипса Фурье-преобразования его микроструктуры. Для количественной характеристики изменений структуры материала при циклическом нагружении предложен коэффициент поврежденности. Эта характеристика является интегральной и инвариантной к амплитуде циклической нагрузки и асимметрии циклов. В состоянии, предшествующем усталостному разрушению, коэффициент поврежденности принимает определенное значение вне зависимости от параметров нагрузки и может являться критерием усталостного разрушения.

Виконано дослідження міцності сталі 45 за дією циклічного навантаження при симетричних і асиметричних циклах і змін в структурі в процесі циклічного навантаження. Накопичення втомних пошкоджень оцінювали шляхом статистичної обробки зображень мікроструктури. В якості параметра, який характеризує стан матеріалу, використовували значення ексцентриситету еліпса Фур’є – перетворення його мікроструктури. Для кількісного оцінювання змін структури матеріалу за дією циклічного навантаження запропоновано коефіцієнт пошкодження. Ця характеристика є інтегральною та інваріантною до амплітуди циклічного навантаження і асиметрії циклів. В стані, близькому до втомного руйнування, коефіцієнт пошкодження приймає певне значення незалежно від параметрів навантаження і може бути критерієм втомного руйнування.

The investigation of the fatigue strength of steel 45 under symmetric and asymmetric cycles of loading and the structural changes during cyclic loading has been carried out. Evaluation of the fatigue damage accumulation has been made by a statistical treatment of the microstructure images. The value of the eccentricity of ellipse in the Fourier transform of the material microstructure is used as a parameter characterizing the material state. A characteristic named as the material damage coefficient has been obtained that uniquely describes the material structure evolution due to the fatigue damage accumulation. This characteristic is integral and invariant to the cycle asymmetry and the load amplitude value. In the state preceding to the fatigue damage, the material damage coefficient takes a certain value irrespective of the applied load and the cycle asymmetry and can serve as the fatigue damage criterion.