№82-15
Теоретичне обґрунтування ефективної тріщиностійкості металевих сплавів циліндричних оболонок
С.О. Федоряченко1,https://orcid.org/0000-0002-8512-3493
К.А. Зіборов1, https://orcid.org/0000-0002-4828-3762
Д.В. Лаухін1, https://orcid.org/0000-0002-9842-499X
В.М. Король1,2, https://orcid.org/0009-004-6433-1797
Д.В. Гаркавенко1 https://orcid.org/0009-0004-5011-9015
1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
2Метінвест-інжиніринг, Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 82:175-182
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/82.175
АНОТАЦІЯ
Мета. Встановити взаємозв’язок між мікроструктурними особливостями литих матеріалів, зокрема пористістю, сегрегацією, розміром зерна та неметалевими включеннями, і ефективною тріщиностійкістю в умовах дії високошвидкісних динамічних навантажень шляхом визначення теоретичних залежностей для розрахунку ефективної тріщиностійкості за заданих параметрів макроскопічних дефектів у матеріалі.
Методика. Застосовано комбінований аналітико-чисельний підхід до моделювання динамічного відгуку циліндричних оболонок за умов високошвидкісного навантаження, що реалізується через систему диференціальних рівнянь динаміки з урахуванням критеріїв якості матеріалу та положень лінійної пружної механіки руйнування.
Результати. Розроблено методику оцінки якості литих матеріалів на основі комплексної механіко-математичної моделі та положень лінійної механіки руйнування. Отримано залежності кількісної оцінки стійкості до тріщиноутворення із урахуванням мікроструктурних характеристик матеріалу виготовлення. Встановлено відношення критерію тріщиноутворення до критичного розміру дефекту.
Наукова новизна. У роботі вперше запропоновано комплексний підхід до прогнозування поведінки циліндричних оболонок литої конструкції на основі механіко-математичної моделі тріщиноутворення із урахуванням внутрішніх дефектів. Встановлено залежності між мікроструктурними характеристиками металевого сплаву, таких як пористість, розмір зерна, вміст неметалевих включень, та ефективною тріщиностійкістю, що дозволяє формалізувати умови переходу від локального дефекту до критичного розміру тріщини. Запропоновано методологію кількісного відтворення зон ризику пористості та тріщинуватості, адаптованих до конкретних складів сплавів і технологій лиття.
Практична цінність. Отримані результати створюють науково обґрунтовану основу для оптимізації процесів лиття циліндричних оболонок із заданими експлуатаційними властивостями. Запропонована методика дозволяє визначати область допустимих значень мікроструктурних параметрів, що забезпечує контрольованість тріщиностійкості і прогнозованість довговічності конструкцій.
Ключові слова: металевий сплав, тріщиноутворення, мікроструктурна неоднорідність, пористість, дефекти лиття.
Перелік посилань
1. Felix, D., Colwill, I., & Stipidis, E. (2019). Real-time calculation of fragment velocity for cylindrical warheads. Defence Technology, 15(3), 264–271. https://doi.org/10.1016/j.dt.2019.01.007
2. Huang, G., Li, W., & Feng, S. (2015). Axial distribution of fragment velocities from cylindrical casing under explosive loading. International Journal of Impact Engineering, 76, 20–27. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2014.09.009
3. Held, M. (1968). Fragmentation ballistics (AWRE Translation No. 64). United Kingdom Atomic Energy Authority.
4. Steele, C. R. (1989). Asymptotic analysis and computation for shells. In C. R. Steele (Ed.), Analytical and computational models of shells (Vol. 3, pp. 3–31). CED.
5. Gristchak, V. Z., & Ganilova, O. A. (2008). A hybrid WKB Galerkin method applied to a piezoelectric sandwich plate vibration problem considering shear force effects. Journal of Sound and Vibration, 317(1–2), 366–377. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.03.025
6. Грищак, В., & Король, В. (2024). Дослідження анізотропних властивостей металевих сплавів методом CAFE. 11-та Міжнародна наукова конференція «Математичні проблеми механіки неоднорідних структур», Львів, 24–26 вересня 2024, 113–114.
7. Грищак, В. З. (2009). Гібридні асимптотичні методи та техніка їх застосування. Запоріжжя: ЗНУ.
8. Ясній, О. П., Вухерер, Т., Пиндус, Ю. І., Сорочак, А. П., & Біщак, Р. Т. (2011). Дослідження деградації матеріалу осі колісної пари локомотива після експлуатації. Вісник Тернопільського національного технічного університету. Спецвипуск, (2), 105–112.
9. Laird, C. (1967). The influence of metallurgical structure on the mechanisms of fatigue crack propagation. In J. Grosskreutz (Ed.), Fatigue crack propagation (Vol. 415, pp. 131–168). ASTM STP.
10. Марущак, П. О., Біщак, Р. Т., Гліха, В., & Сорочак, А. П. (2010). Вплив температури на ударну в'язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф. Фізико-хімічна механіка матеріалів, 46(4), 118–121.
11. Pommier, S., & Bompard, P. (1999). Bauschinger effect of alloys and plasticity induced crack closure: A finite element analysis. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 23, 129–139. https://doi.org/10.1046/j.1460-2695.2000.00248.x
12. Марущак, П. О., Данилишин, Г. М., Окіпний, І. Б., & Сорочак, А. П. (2011). Фрактодіагностика множинних експлуатаційних та технологічних тріщиноподібних дефектів. Машинознавство, 3–4, 40–44.
13. Yasniy, O., Pyndus, Y., Sorochak, A., & Yasniy, V. (2010). Probabilistic modelling of fatigue crack growth in railway axle. In 18th European Conference on Fracture: Fracture of Materials and Structures from Micro to Macro Scale. Book of Abstracts(p. 373). Dresden, Germany.
14. Zhang, J., He, X., & Du, S. (2007). Analysis of the effects of compressive stresses on fatigue crack propagation rate. International Journal of Fatigue, 29, 1751–1756. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2006.11.005
дата першого надходження статті до видання – 02.07.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 04.08.2025
дата публікації (оприлюднення) – 06.09.2025
