Синергетические принципы и закономерности разрушения материалов в условиях малоцикловой усталости

В работе рассматриваются синергетические принципы усталостного разрушения, позволяющие выделить фундаментальные механические характеристики материалов и оценить кинетику повреждаемости при разрушении металлов через критические параметры, контролирующие точки бифуркаций. Усталостное разрушение при этом рассматривается как кинетический процесс в зависимости от порядка поступления энергии циклического нагружения. На основе принципов физической мезомеханики и синергетики показано, что механические характеристики циклически нагруженного трибоконтакта являются важными параметрами материала, которые определяют уровень вносимой в каждом цикле нагружения энергии деформации на каждом масштабном уровне. Выявлено, что в трибоконтактах для практических целей необходимо добиваться, чтобы напряжение между покрытием и подложкой соответствовало предельной эластичности материалов, согласно критерию Гриффитса, а для вязких материалов принято во внимание другое значение критического напряжения — модификация Ирвина-Оравана. Приводятся критерии переходных режимов контакта, учитывая, что покрытие должно претерпевать изменения в полном согласии с подложкой, когда система деформируется под циклической нагрузкой. Результаты исследований при оценке механических характеристик материалов системы «покрытие — подложка» могут быть использованы в качестве диагностических признаков при анализе развития поврежденности трибоконтакта, работающих в условиях циклических усталостных нагружений.

1. Janahmadov A.Kh. and Javadov M.Y. Synergetics and Fractals in Tribology. — USA. Swissland: Springer. — 2016

2. Панин В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. — 2000 (3), № 6, 5—36

3. Sih G.G. and Tang X.S. Scaling of Volume Energy Density Function Reflecting Damage by Singularities at Macro-, Meso- and Microscopic Level // Thear Appl. Fract. Mech. — 2005 (43), no. 2, 211—231

4. Janahmadov A.Kh. Mesomechanics of the Frictional Contact in Low-Cycle Fatigue Conditions // Journal of Friction and Wear. — 2022 (43), no. 3, 203—208

5. Шугуров А.Р., Панин А.В., Дмитриев А.И., Никонов А.Ю. Закономерности многоуровневого разрушения покрытий Ti-Al-N в процессе одноосного растяжения // Физический Мезомеханика. — 2020 (23), № 5, 56—68

6. Cyr E., Muhammadi M., Mishra R.K., and Inal K. A Three Dimensional (3D) Thermos-Elastoviscoplastic Constitutive Model for FCC Polycrystals // Int. J. Plasticity. — 2015 (70), 166—190

7. Zhang T., Zhou K., and Chen Z. Strain Rate Effect on Plastic Deformation of Nanocrystalline Copper Investigated by Molecular Dynamics // Materials Science and Engineering — 2015 (648), 23—30

8. Lazzarin P., Berto F, Gomez F.J. and Zappalorto M. Some Advantages Derived from the Use of the Strain Energy Density over a Control Volume in Fatigue Strength Assessments of Welded Joints // Int. J. Fatigue — 2008 (30), no. 8, 1345—1357

9. Huang R., Prevost J., Huang Z., and Suo Z. Channel-Cracking of Thin Films with the Extended Finite Element Method // Eng. Fract. Mech. — 2003 (70), 2513—2526

10. Шанявский А.А. Масштабные уровни процессов усталости металлов. // Физическая Мезомеханика. — 2014 (Е17), № 6, 87—98

11. Джанахмедов А.Х. Мезомеханика фрикционного взаимодействия. — Баку: Apostrof-A. — 2022

12. Basquin O.H. The Exponential Law of Endurance Tests // Am. Soc. Test. Materials Proc. — 1910 (10), 625—630

13. Lawn B.R., Evans A.G., and Marshall D.B. Elastic/Plastic Indentation Damage in Ceramics: The Median/Radial Crack System // J. Am. Ceram. Soc. — 1980 (63), 574— 581

14. Pharr G.M. Measurement of Mechanical Properties by Ultra-Low Load Indentation // Mater. Sci. Eng. — 1998 (A253), nos. 1–2, 151—159

15. Leyland A. and Matthews A. Optimization of Nanostructured Tribological Coatings // in Nanostructured Coating / ed. by A. Cavaleiro and J.Th.M. DeHosson. — Springer Science + Business Megua, LLC. — 2006, 511—538