V. V. Nazarov
ANALYSIS OF TWO METHODS FOR CALCULATING THE ULTIMATE STRESSES OF CREEP AND CREEP RUPTURE PROCESSES
DOI: 10.17804/2410-9908.2019.2.028-036 It is well known that structural elements and parts operating in a loaded state at high temperatures can be subjected to irreversible deformation in time. The calculations of operating life (based on the corresponding mechanical models) may require the mechanical characteristics of the material, ones of which are starting creep stress and rupture stress (ultimate creep stresses) for a particular material at a given temperature. These mechanical characteristics cannot be determined from the diagram of the mechanical state of the material; they are measured in uniaxial tensile tests of cylindrical specimens at a constant tensile stress over time. The complexity of such tests will require alternative methods of calculating the desired mechanical characteristics. In this paper, instead of special tests, it is proposed to calculate the desired mechanical characteristics from approximations of secondary creep and creep-rupture strength. To this end, we have considered two fractional power-law functions with four material parameters (S. A. Shesterikov and M. A. Yumasheva, 1984), two of which have the physical meaning of starting creep stress and rupture stress: approximation of the nominal stress dependence of strain rate for secondary creep (1) and approximation of the nominal stress dependence of rupture time (2). The calculations used experimental data obtained for titanium alloy VT6 at 650 °C on cylindrical specimens, 5 mm in diameter and 25 mm in the base length. The parameters of the fractional power approximations were calculated by the iterative method, termed the Generalized Reduced Gradient Method (Microsoft Excel), under the condition of a minimum total error of the discrepancy between the experimental data and the approximating curve in the corresponding logarithmic axes. The analysis of approximation errors (1) and (2) has shown that error (1) is less than (2) and that the ratio of rupture stress to the starting creep stress is greater. It is concluded from the analysis of the results that it is better to use approximation (1) for calculating ultimate creep stresses.
Keywords: ultimate creep stresses, starting creep stress, rupture stress References:
1. Naprienko S.A., Orlov M.R. Damage of single-crystal turbine blades of GTP. Electronic scientific journal "Proceedings of VIAM", 2016, vol. 38, no. 2, pp. 20–31. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-2-3-3. (In Russian).
2. Ilyin S.I., Koryagin Yu.D., Lapina E.V. Creep of ultra-light magnesium alloys at low temperatures. Bulletin of the South Ural State University. Series Metallurgy, 2012, iss. 18, no. 15, pp.105–107. (In Russian).
3. Kachanov L.M. Osnovy mekhaniki razrusheniya [Fundamentals of Fracture Mechanics]. Moscow, Nauka Publ., 1974, 312 p. (In Russian).
4. Shesterikov S.A., Yumasheva M.A. Specification of equation of state in creep theory. Izvestiya AN SSSR. Mekhanika Tverdogo Tela, 1984, no. 1, pp. 86–91. (In Russian).
5. Nazarov V.V., Lepeshkin A.R. A method of calculating creep limits. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2017, iss. 1, pp. 36–42. Available at: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_1_2017_Nazarov_V.V._et_al._036_042.pdf
6. Lokoshchenko A.M., Nazarov V.V. Kinetic Approach to Studying the Creep Rupture of Metals under Biaxial Tension. Aviats.-Kosm. Tekh. Tekhnol., 2005, no. 10, pp. 73–78. (In Russian).
7. Lokoshchenk A.M., Agakhi K.A., Fomin L.V., Pure bending of a beam made of differently strength material under creeping. Vestn. Samarsk. Gos. Tekhn. Univ. Ser Fiz.-Mat. Nauki, 2012, no. 1 (26), pp. 66–73. (In Russian).
8. Fomin L.V. Description of creep rupture strength of tensile rod with rectangular and circular cross-section at high temperature air media. Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki (J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.), 2013, iss. 3 (32), pp. 87–97. DOI: 10.14498/vsgtu1228. (In Russian).
9. Nazarov V.V. Short-Term Creep of Titanium Alloys VT5 and VT6 at High Temperature. Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials, 2015, vol. 81, no. 6, pp. 57–60. (In Russian). Available at: https://www.zldm.ru/jour/article/view/88/89
10. Koval’kov V.K., Nazarov V.V., Novotnyi S.V. Procedure of high-temperature within complex stressed state. Zavod. Lab. Diagn. Mater., 2006, vol. 72, no. 4, pp. 42–44. (In Russian). В. В. Назаров
АНАЛИЗ ДВУХ СПОСОБОВ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРОЦЕССОВ ПОЛЗУЧЕСТИ И ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ
Общеизвестно, что элементы конструкций и детали, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах, могут подвергаться процессу необратимого деформирования во времени. Для проведения расчетов эксплуатационного запаса (на основе соответствующих механических моделей) могут потребоваться механические характеристики материала, одни из которых – напряжение при стартовой ползучести и напряжение в момент разрушения для конкретного материала при заданной температуре. Эти механические характеристики не представляется возможным определить из диаграммы механического состояния материала (измеряются из испытаний на одноосное растяжение цилиндрических образцов при постоянстве растягивающего напряжения во времени). Трудоемкость проведения таких испытаний потребует альтернативные способы вычисления искомых механических характеристик. В данной работе предложено взамен проведения специальных испытаний вычислить искомые механические характеристики из аппроксимаций процессов установившейся ползучести и длительной прочности. С этой целью были рассмотрены две дробно-степенные функции с четырьмя материальными параметрами (С.А. Шестериков и М.А. Юмашева, 1984), два из которых имеют физический смысл напряжений при стартовой ползучести и в момент разрушения: аппроксимация скорости деформации установившейся ползучести от номинального напряжения (1), аппроксимация времени в момент разрушения от номинального напряжения (2). В вычислениях использовались опытные данные, полученные для титанового сплава ВТ6 при температуре 650 °С на цилиндрических образцах (диаметр - 5 мм, рабочая длина - 25 мм). Параметры дробно-степенных аппроксимаций были вычислены итерационным методом Generalized Reduced Gradient Method (Microsoft Excel) при условии минимальной суммарной погрешности расхождения опытных данных относительно аппроксимирующей кривой в соответствующих логарифмических осях. Анализ погрешностей аппроксимаций (1) и (2) показал, что погрешность (1) меньше (2), при этом отношение напряжения в момент разрушения к напряжению при стартовой ползучести больше. Таким образом, при вычислении напряжений при стартовой ползучести и в момент разрушения предпочтительнее использовать аппроксимацию (1).
Ключевые слова: предельные напряжения, напряжение при стартовой ползучести, напряжение при разрыве Библиография:
1. Наприенко С. А., Орлов М. Р. Разрушение монокристаллических лопаток турбины наземных ГТУ // Труды ВИАМ. – 2016. – Т. 38, № 2. – С. 20–31. – DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-2-3-3.
2. Ильин С. И., Корягин Ю. Д., Лапина Е. В. Ползучесть ультралегких магниевых сплавов при низких температурах // Вестник ЮУрГУ. – 2012. – Вып. 18, № 15. – С. 105–107. – URL: https://vestnik.susu.ru/metallurgy/article/viewFile/1371/1335
3. Качанов Л. М. Основы механики разрушения. – М. : Наука, 1974. – 312 с.
4. Шестериков С. А., Юмашева М. А. Конкретизация уравнений состояния в теории ползучести // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. – 1984. – № 1. – С. 86–92.
5. Nazarov V. V., Lepeshkin A. R. A method of calculating creep limits // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2017. – Iss. 1. – P. 36–42. – DOI: 10.17804/2410-9908.2017.1.036-042. – URL: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_1_2017_Nazarov_V.V._et_al._036_042.pdf
6. Локощенко А. М., Назаров В. В. Кинетический подход исследования длительной прочности металлов при двухосном растяжении // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005. – Вып. 26, № 10. – С. 73–79.
7. Локощенко А. М., Агахи К. А., Фомин Л. В. Чистый изгиб балки в условиях ползучести из разно-сопротивляющегося материала // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. – 2012. – Вып. 26, № 1. – С. 66–73. – DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1042.
8. Фомин Л. В. Описание длительной прочности растягиваемых стержней прямоугольного и круглого поперечных сечений в высокотемпературной воздушной среде // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. – 2013. – Вып. 32, № 3. – С. 87–97. – DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1228.
9. Назаров В. В. Кратковременная ползучесть титановых сплавов ВТ5 и ВТ6 при высокой температуре // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2015. – Т. 81, № 6. – С. 57–60.
10. Ковальков В. К., Назаров В. В., Новотный С. В. Методика проведения высокотемпературных испытаний при сложном напряженном состоянии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2006. – Т. 72, № 4. – С. 42–44. 
Библиографическая ссылка на статью
Nazarov V. V. Analysis of Two Methods for Calculating the Ultimate Stresses of Creep and Creep Rupture Processes // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. -
2019. - Iss. 2. - P. 28-36. - DOI: 10.17804/2410-9908.2019.2.028-036. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_237.html (accessed: 21.12.2024).
|
