Прогнозное моделирование усталостной долговечности алюминиевых сплавов при повышенных температурах после воздействия дробеструйного упрочнения
- Авторы: Элвин А.1, Ксиби Х.2
-
Учреждения:
- Инженерный колледж в Сфаксе (ENIS)
- Подготовительный инженерный институт в Сфаксе (IPEIS)
- Выпуск: № 4 (2024)
- Страницы: 111-122
- Раздел: Статьи
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/997
- DOI: https://doi.org/10.18323/2782-4039-2024-4-70-10
- ID: 997
Цитировать
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 кмХатем 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 РиадСписок литературы
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Miner M.A. Cumulative damage in fatigue // Journal of Applied Mechanics. 1945. Vol. 12. № 3. P. A159–A164. doi: 10.1115/1.4009458.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 .
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Structural Alloys Handbook / ed. J.M.T. Holt. West Lafayette: CINDAS/Purdue University, 1996. 580 p.