Влияние локальной усталостной поврежденности на скорость распространения трещины

Abstract

Впровадження в авіації принципу допустимого пошкодження передбачає знання закономірностей розвитку дефектів, в тому числі втомних тріщин. Стадії розвитку тріщини передує накопичення пошкоджень, яке супроводжується еволюцією ряду фізико-механічних характеристик. Експериментально доведено, що деформаційний рельєф поверхні, що формується в результаті дії циклічного навантажування, може розглядатися як кількісний показник накопиченого втомного пошкодження. До конструкційних сплавів, які демонструють формування та розвиток деформаційного рельєфу відносяться відомі алюмінієві сплави Д16АТ, В95, 2024Т3, 7075Т6. Деформаційний рельєф на поверхні зазначених матеріалів досліджувався методами оптичної та сканувальної мікроскопії, профілометрії, та іншими сучасними методами дослідження фізико-механічних характеристик металів. Втомна тріщина формується в зоні концентрації напружень, наприклад біля отвору під заклепку. На час виникнення тріщини впливають різні фактори, в тому числі випадкові. При цьому, локальне втомне пошкодження в зоні формування тріщини може бути різним. У зв’язку з цим досліджується зв'язок швидкості розповсюдження тріщини з рівнем локального втомного пошкодження. В якості кількісної характеристики накопиченого втомного пошкодження використовується параметр насиченості деформаційного рельєфу, який обчислюється як відношення площі поверхні з ознаками мікропластичної деформації до загальної площі поверхні, що контролюється за допомогою оптичного мікроскопу. Ділянка спостереження не перевищує площу кола діаметром 0.3 мм. В результаті проведення втомних випробувань було встановлено тісний кореляційний зв'язок між насиченістю деформаційного рельєфу поблизу концентратору напружень та швидкістю її розповсюдження. Цей зв'язок найбільш вагомий на початковій стадії руйнування, яка є найбільш тривалою. Таким чином, локальна пошкоджуваність, накопичена на стадії формування втомної тріщини визначає її подальше розповсюдження.

Выполнен анализ зависимости скорости распространения усталостной трещины от поврежденности в области ее формирования. В результате усталостных испытаний образцов из конструкционного плакированного алюминиевого сплава Д16АТ установлена связь между насыщенностью деформационного рельефа у концентратора напряжений и процессом развития трещины. Электронно-микроскопические исследования позволили выявить границы участка поверхности с деформационным рельефом на стадии формирования трещины, что было подтверждено аналитическим распределением напряжений вблизи концентратора.

Implementation of Damage Tolerance concept requires knowledge of the damages evolution regularities. Before the crack starts propagation the nucleation stage occurs, accompanied by the evolution of some physical and mechanical properties. It was proved early by the set of experiments that deformation relief emerged as a result of cyclical loading can be considered as a quantitative indicator of the accumulated fatigue damage. To the constructional material exhibiting emerging and development of deformation relief could be referred well known aluminium alloys D16AT, V95, 2024T3, 7075T6. The deformation relief on the surface of mentioned materials has been studied by the methods of light microscopy, electron scan microscopy, profilometry, etc. Fatigue crack nucleates at the area of the increased stresses, for example close to the hole for rivet. The moment of a crack emerging is influenced by the different factors mostly accidental. The local fatigue damage at the moment of crack emerging can be different. In this connection the relation of fatigue crack propagation rate and local accumulated damage has been studied. As a quantitative characteristic of the accumulated fatigue damage the parameter of the deformation relief intensity has been used. This parameter is calculated as a ratio of the surface area with signs of micro plastic deformation to the total observed by light microscope area. The area of controlled surface was equal to the area of circle with diameter 0.3 mm. As a result of fatigue tests the close correlation was found between the intensity of deformation relief and fatigue crack propagation rate. This correlation is most strong for the initial stage of fracture, which has the biggest duration. Thus, it can be concluded that the local fatigue damage accumulated at the stage of crack nucleation affects further crack propagation.