Методические особенности исследования кинетики роста коротких и длинных усталостных трещин в облученных реакторных материалах на малоразмерных образцах. Часть 1. Постановка задачи. Исследование влияния остроты исходного надреза на кинетические диаграммы роста усталостных трещин в образцах

Рассмотрены основные методические особенности исследования кинетики роста усталостных трещин при испытании облученных малоразмерных образцов. Исследовано влияние остроты исходного надреза на кинетические диаграммы роста длинных усталостных трещин в образцах. На базе проведенных экспериментальных исследований выполнена оценка размеров зоны влияния концентратора напряжений в зависимости от его типа в применяемых малоразмерных образцах. Выполнен краткий литературный обзор основных проблем при исследовании кинетики роста коротких усталостных трещин. Сформулированы задачи дальнейших исследований.

1. Марголин Б. З., Минкин А. И., Смирнов В. И., Федорова В. А., Кохонов В. И., Козлов А. В., Евсеев М. В., Козманов Е. А. Исследование влияния нейтронного облучения на статическую и циклическую трещиностойкость хромоникелевой аустенитной стали // Вопросы материаловедения. – 2008. – № 1(53). – С. 111–122.

2. Марголин Б. З., Минкин А. И., Смирнов В. И., Сорокин А. А., Кохонов В. И. Влияние нейтронного облучения на скорость роста усталостных трещин в аустенитной стали 08Х18Н10Т и металле ее сварных соединений // Вопросы материаловедения. – 2013. – № 2 (74). – С. 123–138.

3. Марголин Б. З., Минкин А. И., Смирнов В. И., Сорокин А. А., Швецова В. А., Потапова В. А. Влияние радиационного распухания и особенностей деформирования на процессы разрушения облученных аустенитных сталей при статическом и циклическом нагружении. Часть II. Скорость роста усталостных трещин // Вопросы материаловедения. – 2016. – № 3 (87). – С. 192–210.

4. ASTM Е647–99. Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates, Annual Book of ASTM Standards, Section 3. – V. 03.01., pp. 1040–1085.

5. RCC-MR, Design and Construction Rules for Mechanical Components of FBR Nuclear Islands, Appendix A16, Edition 2002, AFCEN, France, 2002.

6. ISO 12108:2002. Metallic materials. Fatigue testing. Fatigue crack growth method.

7. Херцберг Р. В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. – М.: Металлургия, 1989, 575 с.

8. РД ЭО 1.1.2.09.0714–2011. Методика расчета прочности основных элементов реакторных установок на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. – М.-СПб., 2011. – 121 с.

9. Kelegemur M. H., Chaki T. K. The effect of various atmospheres on the threshold fatigue crack growth behavior of AISI 304 stainless steel // Int. J. of Fatigue. – 2001. – V. 23. – P. 169–174.

10. Forth S. C., Ne w man J. C. Jr., Forman R. G. Anomalous Fatigue Crack Growth Data Generated using the ASTM Standards. 35th NSFFM, Reno, NV, May 2005.

11. Смирнов В. И., Ильина Т. А. Исследование влияния уровня нагружения и асимметрии цикла нагружения на кинетику роста краевых трещин в цилиндрических образцах с кольцевым надрезом // Заводская лаборатория. – 1989. – № 6. – С.73– 77.

12. Small-Crack Test Methods, ASTM STP 1149 / Larsen, J. M., Allison, J. E., Eds., – 1992. – 356 р.

13. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. Методические указания. РД 50-345–82, 1983. – 95 с.

14. Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений. Графики и формулы для расчета конструктивных элементов на прочность / Пер. с англ. – М.: Мир, 1977. – 302 с.

15. Glinka G., Newport A. Universal features of elastic notch tip stress fields // Int. J. of Fatigue. – 1987. – V. 9, N 3. – P. 143–150.

16. Эль Хаддад М. Х., Смит К. Н., Топпер Т. Х. Распространение коротких усталостных трещин // Теоретические основы инженерных расчетов. – 1979. – № 1. – С. 43–47.

17. Кудрявцев А. П. Нераспространяющиеся усталостные трещины. – М.: Машиностроение, 1982. – 171 с.

18. About the fatigue crack propagation threshold of metals as a design criterion: A review / U. Zerbst, M. Vormwald, R. Pippan et al. // Engineering Fracture Mechanics. – 2016. – V. 153. – P. 190–243.

19. Mc Dowell D. L. Basic issues in the mechanics of high cycle metal fatigue // Int. J. of Fracture, 1996. – V. 80. – P. 103–145.

20. Tanaka K., Nakai Y. Propagation and non-propagation of short fatigue cracks at a sharp notch // Fatigue and Fracture. Engineering Material and Structure. – 1983. – N 6 (4). – P. 315–327.

21. Shin C. S., Smit h R. A. Fatigue crack growth at stress concentrations: the role of notch plasticity and crack closure // Engineering Fracture Mechanics. – 1998. – N 29 (3). – P. 301–315.

22. Dong P., Hong J. K., Cao Z. Stresses and stress intensities at notches: ‘anomalous crack growth’ revisited // Int. J. of Fatigue. – 2003. – V. 25. – N 9–11. – P. 811–825.

23. Терентьев В. Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2002. – 288 с.

24. Ritchie R. O., Lankford J. Small fatigue cracks: a statement of the problem and potential solutions // Material Science and Engineering. – 1996. – V. 84. – P. 11–16.

25. Кишкина С. И. Структурные особенности роста коротких трещин в высокопрочной стали // Физико-химическая механика материалов. – 1991. – T. 27, № 5. – C. 48–52.

26. Hussain K., De los Rios, E. R., Navarro A. A two-stage micromechanics model for short fatigue cracks // Engineering Fracture Mechanics. – 1993. – V. 44, N 3. – P. 425–436.

27. Ciavarella M., Monno F. On the possible generalizations of the Kitagawa–Takahashi diagram and of the El Haddad equation to finite life // Int. J. of Fatigue. – 2006. – V. 28. – P. 1826–1837.

28. Atzori B., Lazzarin P., Meneghetti G. Fracture mechanics and notch sensitivity // Fatigue and Fracture Engineering Materials and Structures. – 2003. – V. 26 (3). – P. 257–267.

29. Weight functions, CTOD, and related solutions for cracks at notches / R. Jones et al. // Engineering Failure Analysis. – 2004. – V. 11, N 1. – P. 79–114.

30. Nishioka T., Atluri S. N. Analytical solution for embedded elliptical cracks, and finite element alternating method for elliptical surface cracks, subject to arbitrary loadings // Engineering Fracture Mechanics. – 1983. – V. 17, N 3. – P. 247–268.

31. Kujawski D. Estimation of stress intensity factors for small cracks at notches // Fatigue and Fracture Engineering Materials and Structures. – 1991. – № 14 (10). – P. 953–965.

32. Jones R., Peng D. A simple method for computing the stress intensity factors for cracks at notches // Engineering Failure Analysis. – 2002. – V. 9, N 6. – P. 683–702.

33. Jergeus H. A simple formula for the stress intensity factors of cracks in side notches // Int. J. of Fracture. – 1972. – V. 8. – P. 267–276.

34. Harkegard G. An effective stress intensity factor and the determination of the notched fatigue limit // In Fatigue Thresholds: Fundamentals and Engineering Applications. – V. II. – Engineering Materials Advisory Services Ltd, 1982. – P. 867–879.

35. Wormsen A., Fjeldstad A., Harkegard G.. The application of asymptotic solutions to a semi–elliptical crack at the root of a notch // Engineering Fracture Mechanics. – 2006. – V. 73, N 13. – P. 1899–1912.

36. Fjeldstad A. Modelling of fatigue crack growth at notches and other stress raisers // Thesis for the deg. ph. doc. Norwegian University of Science and Technology. Trondheim, 2007. – 155 p.

37. Gross R., Mendelson A.. Plane elastostatic analysis of V–notched plates // Int. J. of Fracture Mechanics. – 1972. – V. 8. – P. 267–276.

38. Boukharouba T., Ta mine T., Nui L. et al. The use of notch stress intensity factor as a fatigue crack initiation parameter // Engineering Fracture Mechanics. – 1995. – V. 52. – P. 503–512.

39. Dini D., Hills D. A.. When does a notch behave like a crack? // J. of Mech. Eng. Sc. – 2006. – N 220. – P. 27–43.

40. Malkin J., Tetel man A.S. Relation between K1c and microscopic strength for low alloy steels // Engineering Fracture Mechanics. – 1971. – V. 3. – P. 151–167.

41. Tobler R. L, Shu Q. S. Fatigue crack initiation from notches in austenitic stainless steels // Cryogenics. – 1986. – V. 26. – P. 396–401.

42. Jack A. R., Price A. T. The initiation of fatigue cracks from notches in mild steel plates // Int. J. of Fracture Mechanics. –1970. – V. 6. – P. 401–409.

43. Герасимчук О. Н. Взаимосвязь между пороговыми размахами коэффициента интенсивности напряжений материала и переход от короткой к длинной трещине // Проблемы прочности. – 2014. – №3. –C. 77–95.

44. Miller K. J. The two thresholds of fatigue behavior // Fatigue and Fracture Engineering Materials and Structures. – 1993. – V. 16. – P. 931–939.

45. Chapetti M. D., Kitano T., Tagawa T., Miyata T. Fatigue limit of blunt–notched components // Fatigue and Fracture Engineering Materials and Structures. – 1998. – V. 21. – P.1525–1536.

46. Chapetti M. D. Fatigue propagation threshold of short cracks under constant amplitude loading // Int. J. of Fatigue. – 2003. – V. 25. – P. 1319–1326.

47. Tanaka K., Akiniwa Y. Resistance-curve method for predicting propagation thresholds of short fatigue cracks at notches // Engineering Fracture Mechanics. – 1988. – V. 30. – P. 863–876.

48. Meggiolaro M. A., Miranda A. C. O., Castro J. T. P. Short crack threshold estimates to predict notch sensitivity factors in fatigue // Int. J. of Fatigue. – 2007. – V. 29, N 9–11. – P. 2022–2031.

49. Tanaka K, Nakai Y, Ya mashita M. Fatigue growth threshold of small cracks // Int. J. of Fracture. – 1981. – V. 17. – P. 519–533.

50. Livieri P., Tovo R. Fatigue limit evaluation of notches, small cracks and defects: an engineering approach // Fatigue and Fracture Engineering Materials and Structures. – 2004 – V. 27. – P. 1037–1049.

51. Ярема С. Я. Об основах и некоторых проблемах механики усталостного разрушения // Физико-химическая механика материалов. – 1987. – T. 23, № 5. – С. 17–29.

52. Suresh S. Fatigue of Materials, Second Edition, Cambridge University Press, 1998. – 679 p.