Анотація до роботи:

Марущак П. О. Вплив частоти та форми циклу навантажування на високотемпературну циклічну тріщиностійкість біматеріалу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04—Механіка деформівного твердого тіла.—Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, м. Тернопіль, 2005.

Дисертація присвячена дослідженню впливу частоти та форми циклу навантажування на високотемпературну тріщиностійкість біматеріалу 15Х13МФ_л/25Х1М1Ф_л.

Досліджено вплив конструкційних та експлуатаційних чинників на кінетику поширення тріщин в біматеріалі, що використовуються у роликах МБЛЗ.

Досліджено вплив температури випробувань (+20, +600 ⁰С) на швидкість РВТ у матеріалі зовнішнього шару ролика МБЛЗ з використанням параметрів лінійної та нелінійної механіки руйнування – максимального коефіцієнту інтенсивності напружень, розмаху J-інтегралу, розмаху розкриття вершини тріщини.

Виявлено, що короткотривала витримка при максимальному навантажені протягом 10 с, у 5...6 разів зменшує швидкість поширення тріщини втоми-повзучості.

Розроблений інженерний метод визначення ресурсу роботи ролика МБЛЗ із тріщиною.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що полягає у виявленні основних закономірностей впливу експлуатаційних чинників (температури, частоти, форми циклу навантажування) на циклічну тріщиностійкість біматеріалу і розробці методики оцінки живучості ролика МБЛЗ.

1. Розроблений комплекс методик автоматизованого дослідження високотемпературної тріщиностійкості біматеріалу в умовах втоми та втоми-повзучості за низькочастотного навантажування (0,1...0,01 Гц), який підвищує достовірність експериментальних результатів за рахунок вдосконалення системи керування випробувальною машиною.

2. З використанням підходів лінійної та нелінійної механіки руйнування проведені комплексні дослідження впливу температури, частоти, та форми циклу навантажування на кінетику поширення тріщин в біматеріалі в умовах втоми та втоми-повзучості.

3. Виявлено, що у випадку представлення даних у координатах dа/dN-Kbi швидкість РВТ, в сталі 15Х13МФ_л, в діапазоні, K_bi=12…50 MПaм, не чутлива до температури випробувань (+20 ⁰С; +600 ⁰С), проте отримано значне зростання швидкості РВТ (у 5...7 разів) із підвищенням температури з +20 до +600 ⁰С в залежності від розмаху розкриття вершини тріщини і розмаху J – інтегралу.

4. Виявлено, що збільшення часу перебування тіла з тріщиною за максимального навантаження, внаслідок зменшення частоти навантажування з 0,1 до 0,01 Гц, або короткотривалої витримки t_h=10 сек, в 4...5 разів зменшує швидкість росту тріщини у сталі 15Х13МФ_л, при +600 ⁰С. Такий вплив обумовлений затупленням вершини тріщини за рахунок ініціювання процесів повзучості і як наслідок зменшення ефективних напружень у вершині тріщини.

5. Встановлено, що для обох досліджених сталей, за усіх режимів випробувань, переважаючим був внутрішньозерновий мікромеханізмом руйнування з наявністю втомних борозенок. За більших значень КІН (К_bi40,0 MПaм ), реалізується механізм ямкового відриву. Підвищення температури до +600 ⁰С спричиняє появу у сталі 15Х13МФл міжзернового руйнування при К_b=30 MПaм, що є наслідком зменшення зернограничної міцності.

6. Фізично обґрунтовано вплив частоти та форми циклу навантажування на кінетику поширення втомних тріщин. На основі кількісних фрактографічних досліджень виявлено що вплив частоти та форми циклу навантажування на мікрошвидкість росту втомної тріщини (крок борозенок) аналогічний впливу на макрошвидкість, із збільшенням витримки крок борозенок зменшується, що пов’язано із релаксацією напружень, обумовленою накопиченням пластичності та повзучістю у вершині тріщини.

7. Виявлено зростання частки міжзеренного руйнування, а також сліди пластичного деформування борозенок у зламі зразка із збільшенням часу перебування при максимальному навантаженні, що свідчить про накопичення пластичної деформації у вершині тріщини під час її поширення. Запропоновані схеми поширення тріщини втоми та втоми-повзучості за короткотривалих та довготривалих витримок, на основі дослідження мікро - та макрошвидкості росту тріщини, а також аналізу мікромеханізмів руйнування.

8. Запропонована методика інженерного розрахунку живучості біметалевого ролика МБЛЗ, яка ґрунтується на аналізі напружено-деформованого стану біметалевого циліндра, підходах лінійної механіки руйнування, і дозволяє оцінювати довговічність ролика з початковими дефектами з урахуванням впливу частоти і форми циклу навантажування.

Перелік опублікованих праць

1. Марущак П. О. Методика дослідження швидкості росту тріщини і опис кінетичних діаграм руйнування в умовах втоми-повзучості // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-2003.-Том 8.-№2.-С.23-28.

2. Марущак П. О. Метод реалізації циклічного навантаження для електромеханічних випробувальних машин // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-2004.-Том 9.-№1.-2004.-С. 16-21.

3. Ясній П. В., Марущак П. О. Автоматизований електромеханічний стенд для випробувань матеріалів в умовах втоми та втоми-повзучості // Вісник Тернопільського державного технічного університету-2003.-Том 8.-№3.-С. 5-10.

4. Ясній П. В., Марущак П. О. Методика визначення коефіцієнту інтенсивності напружень для призматичного біметалевого зразка із бічною тріщиною // Вісник Житомирського державного технологічного університету. - 2004.- № 30. / Технічні науки. – С. 35-41.

5. Ясній П. В., Марущак П. О. Вплив температури на швидкість росту тріщини у матеріалі покриття біметалевого ролика МБЛЗ // Машинознавство.-2004.-№2.-C. 3-9.

6. Ясній П. В., Марущак П. О., Ващенко О. П. Вплив частоти та форми циклу навантажування на високотемпературну тріщиностійкість покриття біметалевого ролика МБЛЗ // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-2004.-Том 9. -№3.-С. 5-11.

7. Ясній П. В., Марущак П. О. Вплив часу витримки на високотемпературну циклічну тріщиностійкість біматерілу // Збірник праць ІІІ Міжнародної конференції “Механіка руйнування та міцність конструкцій”, (22-24 червня), Львів. -Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка.-2004.-С.617-622.

8. Ясний П. В., Марущак П. О. Исследование трещиностойкости материалов биметаллического ролика МНЛЗ //Тезисы докладов V Международной научно-технической конференции “Современные проблемы машиноведения”, (1-2 июля), Гомель.-ГГТУ им. П. О. Сухого.-2004.-С. 25.

9. Ясній П. В., Марущак П. О. Поширення тріщини в біметалевому зразку в умовах втоми-повзучості // Тези доповідей ІІ Міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми динаміки і міцності у газотурбобудуванні”.-К: Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренка.-2004.-С. 207-208.

10. Марущак П. О. Особливості визначення розмаху J- інтегралу в умовах втоми-повзучості // VII науково-технічна конференція ТДТУ (22-24 квітня 2003 року) “ Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино - і приладобудуванні”.-Тернопіль.-2003.-С. 115.

11. Марущак П. О. Вплив температури на поширення втомної тріщин у біматеріалі 15Х13МФ_л/25Х1М1Ф_л (11-12 травня 2004 року) // VIIІ науково-технічна конференція ТДТУ “ Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні”.-Тернопіль.-2004.-С. 83.

12. Марущак П. О. Методика дослідження швидкості росту тріщини в умовах втоми-повзучості (24-26 квітня 2002 року) // VI науково-технічна конференція ТДТУ “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні”.-Тернопіль.-2002.-С. 101.

13. Yasniy P. V., Maruschak P. O. Effects of frequency, temperature and loading waveform on fatigue crack growth in steel 15Kh13MF // Abstracts of 21^st International congress of theoretical and applied mechanics (August 15-21), Warsaw, Poland.-2004.-P. 253.

14. Yasniy P. V., Maruschak P. O. The influence of the loading cycle frequency and form on the high-temperature crack resistance of bimetal// Proceedings of IV International congress “Mechanical engineering technologies’04” (September 23-25), Varna, Bulgaria.-2004.-Vol. 3.-P. 206-209.

15. Ясний П. В., Марущак П. О. Влияние температуры на микромеханизмы усталостного разрушения биматериала 15Х13МФл/25Х1М1Фл // Материалы международной научно-технической конференции "Механика неоднородных деформируемых тел: методы, модели, решения" (1-8 октября), Севастополь.-ОрелГТУ.-2004.- C.73-75.

16. Марущак П.О. Циклічна тріщиностійкість біматеріалу 15Х13МФл/25Х1М1Фл // Збірник праць І Міжнародної науково-технічної конференції “Динаміка, міцність і надійність сільськогосподарських машин”, (4-7 жовтня), Тернопіль.-ТДТУ.-2004.-С. 249-253.