Прогнозное моделирование усталостной долговечности алюминиевых сплавов при повышенных температурах после воздействия дробеструйного упрочнения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Повышение качества поверхности оболочек из алюминиевых сплавов, подвергающихся высоким нагрузкам, остается актуальной задачей, для решения которой используются различные методы. Для алюминиевых сплавов наибольшее распространение получило дробеструйное упрочнение. В статье исследуются усталостные характеристики алюминиевых сплавов 2024-T4 и 2024-T361 после дробеструйного упрочнения и без него при комнатной и повышенной температуре (250 °C). Полученные результаты хорошо согласуются с ранее опубликованными данными, предоставляя полезную информацию о поведении этих сплавов при повышенных температурах. Была разработана математическая модель, объединяющая кривую усталости «напряжение – количество циклов до разрушения», амплитуду нагрузки, температуру и твердость поверхности, подвергнутой дробеструйному упрочнению. Полученные с использованием этой модели результаты были сравнены с гипотезой Майнера для оценки усталостной долговечности. Было установлено, что новая модель обеспечивает более точные прогнозы усталостной долговечности, чем гипотеза Майнера, тем самым повышая надежность и безопасность разработанных на ее основе компонентов при высокотемпературных условиях эксплуатации. 

Об авторах

Аллави Х. Элвин

Инженерный колледж в Сфаксе (ENIS)

Email: tuqa1990@rocketmail.com
ORCID iD: 0009-0001-1015-2476

кандидат технических наук, лаборатория электромеханических систем (LASEM)

Тунис, 3038, Тунис, Сфакс, Рут де ла Сукра, 4 км

Хатем Ксиби

Подготовительный инженерный институт в Сфаксе (IPEIS)

Автор, ответственный за переписку.
Email: hatem.ksibi@ipeis.rnu.tn
ORCID iD: 0000-0003-4144-9958

профессор, постоянный член лаборатории материалов, окружающей среды и энергии, факультет естественных наук Гафсы

Тунис, 3072, Тунис, Сфакс, Рю Риад

Список литературы

  1. Ahcene A.S., Bey K., Mzad H. Mechanical Fatigue Test of Aluminum Composite Panel (ACP) with Aramid Nida-Core Under Cyclic Bending // Strojnícky časopis - Journal of Mechanical Engineering. 2020. Vol. 70. № 2. P. 1–10. doi: 10.2478/scjme-2020-0015.
  2. Al-Obaid Y.F. Shot peening mechanics: experimental and theoretical analysis // Mechanics of Materials. 1995. Vol. 19. № 2-3. P. 251–260. doi: 10.1016/0167-6636(94)00036-g.
  3. Hou Hua, Dong Ruifeng, Tan Yuxin, Li Chenhui, Zhang Xiaoyang, Wu Li, Zhu Bin, Zhao Yuhong. Microstructural characteristics and enhanced mechanical properties of 2024 aluminum alloy resulting from shot-peening treatment // Materials Characterization. 2023. Vol. 206. Part A. Article number 113412. doi: 10.1016/j.matchar.2023.113412.
  4. Palmgren A.G. Die Lebensdauer von Kugellagern. Life Length of Roller Bearings or Durability of Ball Bearings // Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure (ZVDI). 1924. Vol. 14. P. 339–341.
  5. Susmel L. The Modified Wöhler Curve Method calibrated by using standard fatigue curves and applied in conjunction with the Theory of Critical Distances to estimate fatigue lifetime of aluminum weldments // International Journal of Fatigue. 2009. Vol. 31. № 1. P. 197–212. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2008.04.004.
  6. Miner M.A. Cumulative damage in fatigue // Journal of Applied Mechanics. 1945. Vol. 12. № 3. P. A159–A164. doi: 10.1115/1.4009458.
  7. Blasón S., Correia J.A.F.O., Jesus A.M.P., Calcada R.A.B., Fernandez-Canteli A. A probabilistic analysis of Miner’s law for different loading conditions // Structural Engineering and Mechanics. 2016. Vol. 60. № 1. P. 71–90. doi: 10.12989/sem.2016.60.1.071.
  8. Mahdi H.S., Faris S.T., Abed R.M., Alalkawi H.M., Nasir R. Cumulative fatigue life estimation under combined shot peening and elevated temperature for AA7001-T6 // Diyala Journal of Engineering Sciences. 2023. Vol. 16. № 2. P. 50–59. doi: 10.24237/djes.2023.16204.
  9. Alwin A.H., Ksibi H., Driss Z., Alalkawi H.J.M. Fatigue variable loading under combined high temperature and shot peening treatment for AA2024-T4 and AA2024-T361 // Strojnícky časopis - Journal of Mechanical Engineering. 2023. Vol. 73. № 1. P. 1–12. doi: 10.2478/scjme-2023-0001.
  10. Mazlan S., Yidris N., Koloor S.S.R., Petru M. Experimental and numerical analysis of fatigue life of aluminum Al 2024-T351 at elevated temperature // Metals. 2020. Vol. 10. № 12. Article number 1581. doi: 10.3390/met10121581.
  11. Alwin A.H.A., Ksibi H., Driss Z., Alalkawi H.J.M. Optimization of the Shot Peening Time (SPT) in Terms of Mechanical Properties and Fatigue Life of AA2024-T4 // AIP Conference Proceedings. 2024. Vol. 3002. № 1. Article number 070048. doi: 10.1063/5.0206464.
  12. Al-Rubaie K.S. A general model for stress-life fatigue prediction // Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik. 2008. Vol. 39. № 6. P. 400–406. doi: 10.1002/mawe.200800282.
  13. Alkawi H.J.M., Mohammed Q.K., Al-Nuami W.S. The effect of shot peening and residual stresses on cumulative fatigue damage // Engineering and Technology Journal. 2010. Vol. 28. № 15. P. 5055–5070. doi: 10.30684/etj.28.15.14.
  14. Kondo Y. Fatigue under variable amplitude loading // Comprehensive Structural Integrity. 2003. Vol. 4. P. 253–279. doi: 10.1016/b0-08-043749-4/04029-5.
  15. Maleki E., Bagherifard S., Unal O., Bandini M., Farrahi G.H., Guagliano M. Introducing gradient severe shot peening as a novel mechanical surface treatment // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. № 1. Article number 22035. doi: 10.1038/s41598-021-01152-2.
  16. Hectors K., De Waele W. Cumulative Damage and Life Prediction Models for High-Cycle Fatigue of Metals: A Review // Metals. 2021. Vol. 11. № 2. Article number 204. doi: 10.3390/met11020204.
  17. Fatemi A., Yang L. Cumulative fatigue damage and life prediction theories: a survey of the state of the art for homogeneous materials // International Journal of Fatigue. 1998. Vol. 20. № 1. P. 9–34. doi: 10.1016/s0142-1123(97)00081-9.
  18. Li Guowei, Dong Zhicheng, Luo Tianhao, Huang Heyuan. Study on the influence of shot peening strengthening before shot peen forming on 2024-T351 aluminum alloy fatigue crack growth rate // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. № 1. Article number 5313. doi: 10.1038/s41598-023-32616-2.
  19. Starkey W.L., Marco S.M. Effect of Complex Stress-Time Cycles on the Fatigue Properties of Metals // Transactions of ASME. 1957. Vol. 79. № 6. P. 1329–1336. doi: 10.1115/1.4013318 .
  20. Zhao Gongwei, Liu Yating, Ye Nanhai. An improved fatigue accumulation damage model based on load interaction and strength degradation // International Journal of Fatigue. 2022. Vol. 156. Article number 106636. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2021.106636.
  21. Hwang W., Han K.S. Cumulative Damage Models and Multi-Stress Fatigue Life Prediction // Journal of Composite Materials. 1986. Vol. 20. № 2. P. 125–153. doi: 10.1177/002199838602000202.
  22. Hong Yan Miao, Lévesque M., Gosselin F.P. Shot peen forming pattern optimization to achieve cylindrical and saddle target shapes: The inverse problem // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2022. Vol. 36. P. 67–77. doi: 10.1016/j.cirpj.2021.11.003.
  23. Miller K.J., Mohamed H.J., de los Rios E.R. Fatigue damage accumulation above and below the fatigue limit // The Behavior of Short Fatigue Cracks. (EGF 1). London: Mechanical Engineering Publications, 1986. P. 491–511.
  24. Structural Alloys Handbook / ed. J.M.T. Holt. West Lafayette: CINDAS/Purdue University, 1996. 580 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Элвин А., Ксиби Х., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах