Завойчинская Э.Б., Лавриков Г.Е. К анализу предельных состояний материалов при нерегулярном нагружении с несимметричными циклами // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2025. № 3(65). С. 139-151. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2025.65.3.007. EDN: UXKWRP.

Автор(ы)

Завойчинская Э.Б. — Московский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваORCIDeLibrary

Лавриков Г.Е. — Московский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваORCIDeLibrary

Название статьи

К анализу предельных состояний материалов при нерегулярном нагружении с несимметричными циклами

Название (англ.): On the analysis of limit states of materials at irregular loading with asymmetric cycles

Индекс(ы) УДК

539.422.24

DOI

10.37972/chgpu.2025.65.3.007

EDN

UXKWRP

Ключевые слова

хрупкое разрушение; многоцикловая усталость; микротвердость по Виккерсу; кривая усталости по уровню микротвердости; нерегулярное нагружение

Аннотация

Процесс хрупкого разрушения рассматривается как иерархический случайный процесс развития дефектов на микро-, мезо- и макроструктурных уровнях. Предельные состояния каждого уровня определяются линиями уровней микротвердости. Согласно подходу А. А. Ильюшина и его развитию В. Г. Зубчаниновым процесс усталостного разрушения определяется процессом нагружения. По модели усталостного масштабно-структурного разрушения записывается система определяющих соотношений для функции распределения вероятности хрупкого усталостного разрушения в зависимости от процесса нагружения и строятся кривые многоцикловой усталости по уровням дефектности при нерегулярном циклическом нагружении. Для сплава 2024-Т42 и стали S25C при симметричных нагружениях, состоящих из двух и трех блоков с разными амплитудами и числами циклов, представляются результаты расчетов по модели и их соответствие опытным данным.

Даты

Поступила: 31.05.2025; Принята: 01.08.2025; Опубликована: 24.12.2025

Страницы

139-151

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Pavlou D. G. A phenomenological fatigue damage accumulation rule based on hardness increasing, for the 2024-T42 aluminum // Engineering Structures. 2002. V. 24. № 11. P. 13631368.  DOI: 10.1016/S0141-0296(02)00055-X
2. Pavlou D. G. Fatigue design challenges: Recent linear and nonlinear models // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. № 700.  DOI: 10.1088/1757-899X/700/1/012028
3. Kawada Y., Sekido Y., Saski S. Some experiments on the fatigue life under double and triple stresses // Bulletin of the JSME. 1960. V. 3. № 10. P. 275-281.  DOI: 10.1299/jsme1958.3.275
4. Nie B., Liu S., Wu Y., Song Y., Qi H., Shi B., Zhao Z., Chen D. Very High Cycle Fatigue Damage of TC21 Titanium Alloy under High/Low Two-Step Stress Loading // Crystals. 2023. V.13. №1.  DOI: 10.3390/cryst13010139 EDN: IHPRVC
5. Liu X., Zhang Y., Wang B., Sun X. Influence of the mean stress on the fatigue life of welded joints under variable amplitude loading // International Journal of Fatigue. 2022. V. 163.  DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2022.106972 EDN: WLZTBY
6. Antunes A. M. B. S., Baptista C. A. R. P., Barboza M. J. R., Carvalho A. L. M., Mogili N. V. V. Effect of the interrupted aging heat treatment T6I4 on the tensile properties and fatigue resistance of AA7050 alloy // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2019. V. 41.  DOI: 10.1007/s40430-019-1821-9
7. Murakami Y., Takagi T., Wada K., Matsunaga H. Essential structure of S-N curve: Prediction of fatigue life and fatigue limit of defective materials and nature of scatter // International Journal of Fatigue. Volume 146. 2021.  DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.106138 EDN: OJHCFQ
8. Fitzka M., Mayer H. Constant and variable amplitude fatigue testing of aluminum alloy 2024T351 with ultrasonic and servo-hydraulic equipment // International Journal of Fatigue. 2016. V. 91. Part 2. P. 363-372.  DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2015.08.017
9. Carvalho A., Martins J., Voorlwad H. Fatigue damage accumulation in aluminum 7050-T7451 alloy subjected to block programs loading under step-down sequence // Procedia Engineering. 2010. V. 2. № 1. P. 2037-2043.  DOI: 10.1016/j.proeng.2010.03.219 EDN: MYPOOZ
10. Kaimkuriya A., Sethuraman B., Gupta M. Effect of Physical Parameters on Fatigue Life of Materials and Alloys: A Critical Review // Technologies. 2024ю V.12. № 7.  DOI: 10.3390/technologies12070100 EDN: LYKLJE
11. Завойчинская Э. Б. Общие закономерности и критерии разрушения твердых тел на разных масштабно-структурных уровнях при длительном нагружении (обобщающая статья) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2022, Т. 88, № 7. C. 48-62.  DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-7-48-62 EDN: ELOZIA
12. Zavoychinskaya E. B. A stochastic theory of scale-structural fatigue and structure durability at operational loading // Contemporary Approaches and Methods in Fundamental Mathematics and Mechanics. Eds. V.A. Sadovnichiy, M.Z. Zgurovsky. Cham : Springer, 2021. P. 71-89.  DOI: 10.1007/978-3-030-50302-4_5 EDN: JQDMAS
13. Завойчинская Э. Б., Раутиан Н. А., Лавриков Г. Е. Математическое моделирование масштабно-структурного разрушения при программных циклических нагружениях металлов и сплавов // Дифференциальные уравнения. 2025. Т. 61. № 5. C. 640-658.  DOI: 10.31857/S0374064125050064 EDN: HATWYV
14. Ильюшин А. А. Пластичность. Основы общей математической теории. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 273 с. EDN: VCNXWF
15. Зубчанинов В. Г. Механика процессов пластических сред. М.: Физматлит, 2010. 352 с.  ISBN: 978-5-9221-1235-2 EDN: MUWSFH

1. Pavlou D.G. A phenomenological fatigue damage accumulation rule based on hardness increasing, for the 2024-T42 aluminum. Engineering Structures, 2002, vol. 24, no. 11, pp. 1363–1368. DOI: 10.1016/S0141-0296(02)00055-X.
2. Pavlou D.G. Fatigue design challenges: Recent linear and nonlinear models. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, no. 700. DOI: 10.1088/1757-899X/700/1/012028.
3. Kawada Y., Sekido Y., Saski S. Some experiments on the fatigue life under double and triple stresses. Bulletin of the JSME, 1960, vol. 3, no. 10, pp. 275–281. DOI: 10.1299/jsme1958.3.275.
4. Nie B., Liu S., Wu Y., Song Y., Qi H., Shi B., Zhao Z., Chen D. Very high cycle fatigue damage of TC21 titanium alloy under high/low two-step stress loading. Crystals, 2023, vol. 13, no. 1. DOI: 10.3390/cryst13010139. EDN: IHPRVC.
5. Liu X., Zhang Y., Wang B., Sun X. Influence of the mean stress on the fatigue life of welded joints under variable amplitude loading. International Journal of Fatigue, 2022, vol. 163. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2022.106972. EDN: WLZTBY.
6. Antunes A.M.B.S., Baptista C.A.R.P., Barboza M.J.R., Carvalho A.L.M., Mogili N.V.V. Effect of the interrupted aging heat treatment T6I4 on the tensile properties and fatigue resistance of AA7050 alloy. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 2019, vol. 41. DOI: 10.1007/s40430-019-1821-9.
7. Murakami Y., Takagi T., Wada K., Matsunaga H. Essential structure of S-N curve: Prediction of fatigue life and fatigue limit of defective materials and nature of scatter. International Journal of Fatigue, 2021, vol. 146. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.106138. EDN: OJHCFQ.
8. Fitzka M., Mayer H. Constant and variable amplitude fatigue testing of aluminum alloy 2024T351 with ultrasonic and servo-hydraulic equipment. International Journal of Fatigue, 2016, vol. 91, part 2, pp. 363–372. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2015.08.017.
9. Carvalho A., Martins J., Voorwald H. Fatigue damage accumulation in aluminum 7050-T7451 alloy subjected to block programs loading under step-down sequence. Procedia Engineering, 2010, vol. 2, no. 1, pp. 2037–2043. DOI: 10.1016/j.proeng.2010.03.219. EDN: MYPOOZ.
10. Kaimkuriya A., Sethuraman B., Gupta M. Effect of physical parameters on fatigue life of materials and alloys: A critical review. Technologies, 2024, vol. 12, no. 7. DOI: 10.3390/technologies12070100. EDN: LYKLJE.
11. Zavoychinskaya E.B. General patterns and criteria of fracture of solids at different scale-structural levels under long-term loading: A review. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov, 2022, vol. 88, no. 7, pp. 48–62. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-7-48-62. EDN: ELOZIA. (In Russian).
12. Zavoychinskaya E.B. A stochastic theory of scale-structural fatigue and structure durability at operational loading. Contemporary Approaches and Methods in Fundamental Mathematics and Mechanics. Eds. V.A. Sadovnichiy, M.Z. Zgurovsky. Cham, Springer, 2021, pp. 71–89. DOI: 10.1007/978-3-030-50302-4_5. EDN: JQDMAS.
13. Zavoychinskaya E.B., Rautian N.A., Lavrikov G.E. Mathematical modeling of scale-structural fracture under programmed cyclic loading of metals and alloys. Differential Equations, 2025, vol. 61, no. 5, pp. 640–658. DOI: 10.31857/S0374064125050064. EDN: HATWYV. (In Russian).
14. Ilyushin A.A. Plasticity. Foundations of the General Mathematical Theory. Moscow, Academy of Sciences of the USSR Publ., 1963. 273 p. EDN: VCNXWF. (In Russian).
15. Zubchaninov V.G. Mechanics of Plastic Media Processes. Moscow, Fizmatlit Publ., 2010. 352 p. ISBN: 978-5-9221-1235-2. EDN: MUWSFH. (In Russian).

Авторские права и лицензия

© 2025 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.