Методические особенности исследования кинетики роста коротких и длинных усталостных трещин в облученных реакторных материалах на малоразмерных образцах. Часть 2. Разработка и апробация методики построения полных кинетических диаграмм роста усталостных трещин

Выполнены расчеты коэффициента интенсивности напряжений методом конечных элементов для образца типа SE(B), определена весовая функция для этого типа образца, позволяющая вычислять КИН для изгибных образцов с надрезом разной геометрии (от полукруглого до острого U-образного) при известном распределении напряжений в вершине надреза. Апробирована методика построения полных кинетических диаграмм роста коротких и длинных усталостных трещин, инициированных из острого надреза, с учетом особенностей роста коротких усталостных трещин в зоне влияния исходного надреза. Построены полные кинетические диаграммы роста усталостных трещин (коротких и длинных) в стали 08Х18Н10Т и в металле сварного шва в исходном и облученном до 40 сна состояниях.

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). – C. 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). – C. 123–138.

3. Смирнов В. И., Минкин А. И., Марголин Б. З., Кохонов В. И. 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 // Вопросы материаловедения. – 2019. – № 2(98). – C. 191–202.

4. Jergeu s H. A. A simple formula for the stress intensity factors of cracks in side notches // Int. J. of Fract. – 1972. – V.14, Is. 3. – P. 113–116.

5. Harkegard G. An effective stress intensity factor and the determination of the notched fatigue limit // Fatigue Thresholds: Fundamentals and Engineering Applications. V. 2 / J. Backlund, A. F. Blom, C. J. Beevers (eds.). – London: Chameleon Press Ltd., 1981. – P. 867–879.

6. Wormsen A., Fjeldstad A., Härkegård G. The application of asymptotic solutions to a semielliptical crack at the root of a notch // Eng. Fract. Mech. – 2006. – V. 73, Is. 13. – P. 1899–1912.

7. Fjeldstad A. Modeling of Fatigue Crack Growth at Notches and Other Stress Raisers // Thesis for the degree philosoph. doctor. Norwegian University of Science and Technology. – Trondheim, 2007.

8. McDowe l l D. L. Basic issues in the mechanics of high cycle metal fatigue // Int. J. of Fract. – 1996. – V. 80. – P. 80–103

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

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

11. Shin C.S., Smith R.A. Fatigue crack growth at stress concentrations: stress concentrations: the role of notch plasticity and crack closure // Eng. Fract. Mech. – 1988. – V. 29, Is. 3. – P. 301–315.

12. ASTM Е1820-13. Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness.

13. Fett T. Stress Intensity Factors. T-Stresses. Weight Functions. – Institute of Ceramics in Mechanical Engineering, University of Karlsruhe, 2008. – 362 p.

14. Aratania M., Knott J. F. The growth of short fatigue cracks ahead of a notch in high strength steel // Eng. Failure Analysis. – 2010. – V. 17, Is. 1. – P. 200–207.

15. Weight functions, CTOD, and related solutions for cracks at notches / Jones et al. // Eng. Failure Analysis. – 2004. – V. 11, Is. 1. – P. 79–114.

16. Shen G. and Glinka G. Determination of weight functions from reference stress intensity factors // Theoretical and Applied Fract. Mech. – 1991. – V. 15. – P. 237–245.

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

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

19. ASTM Е647-13. Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates.

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

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

22. Larsen J. M., Jira J. R., Ravichandran K. S. Measurement of Small Cracks by Photomicroscopy: Experiments and Analysis // ASTM STP 1149. – P. 57–80.

23. Davidson D., Chan K., McClung R., Hu da k S. Small fatigue cracks // Comprehensive structural integrity. Eds. R. O. Ritchie, Y. Murakami. V. 4. – Elsevier, 2003. – P. 129–164.

24. Zerbst U., Vormwald M., Pippan R., Gänser Hans -Peter , Sarrazin -Baudoux C., Madia M. About the fatigue crack propagation threshold of metals as a design criterion. A review // Eng. Fract. Mech. – 2016. – V. 153. – P. 190–243.

25. Kendall J. M., King J. E. Short Fatigue Crack Growth Behaviour: Data Analysis Effects // Int. J. of Fatigue. – 1988. – V. 10. – P. 163–170.

26. Hudak S. J. Jr, Saxena A., Bucci R. J., Malcolm R. C. Development of standard methods of testing and analyzing fatigue crack growth rate data // Tech. Report AFML-TR-78-40. – Westinghouse R & D Center, 1978.

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

28. Smith R. A., Miller K. J. Prediction of fatigue regimes in notched component // Int. J. of Mech. Sc. – 1978. – V. 20. – P. 201–206.

29. Hammouda M. M., Smith R. A., Miller K. J. Elastic plastic fracture mechanics for initiation and propagation of notch fatigue cracks // Fat. and Fract. Eng. Material and Structure. – 1979. – V. 2. – P. 139– 154.

30. Смирнов В.И., Марголин Б.З., Лапин А.Н., Кохонов В.И., Сорокин А.А. Исследование влияния нейтронного облучения на вязкость разрушения стали 08Х18Н10Т и металла ее сварных швов // Вопросы материаловедения. – 2011. – № 1(65). – C. 167–183.

31. Hussain K., Delos Rio s , E. R., Navarro A. A two-stage micromechanics model for short fatigue cracks // Eng. Fract. Mech. – 1993. – V. 44, N 3. – P. 425–436.

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

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