Випуски МФіНТ »  Том 48, випуск 4

Огляд сучасних практик забезпечення міцности та довговічности за багатоосьового навантаження

М. В. Карускевич$^{1}$, Т. П. Маслак$^{1}$, Т. В. Турчак$^{2}$, О. М. Карускевич$^{1}$

$^{1}$Національний університет «Київський авіаційний інститут», просп. Любомира Гузара, 1, 03058 Київ, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 23.02.2026; остаточний варіант - 23.03.2026. Завантажити: PDF

У статті поєднано теоретичні та прикладні аспекти проблеми багатовісної втоми. Представлено короткий огляд сучасних теорій і гіпотез, а також приклади методів кількісної оцінки пошкоджень через втому у металевих конструкціях за багатовісного навантаження. Необхідність проведення цієї аналізи виникає, по-перше, через важливість і поширеність питання багатовісного циклічного навантаження, а по-друге, через велику кількість спроб його вирішення. Аналіза включає характеристики класичних підходів, сучасні моделі пошкоджень від багатовісної втоми, а також приклади нормативних документів і методологій, які знайшли широке практичне застосування. Метою є синтеза інформації про методи визначення накопичення пошкоджень за багатовісного навантаження, щоб визначити їхній потенціял для подальшого розвитку та застосування у забезпеченні міцности та довговічности елементів аерокосмічних конструкцій. Показано, що наявні методи оцінки накопичених пошкоджень від втоми та прогнозування довговічности за багатовісного циклічного навантаження можна розділити на дві групи: ефективні для пропорційного навантаження й ефективні для більш складного, непропорційного навантаження, включаючи синфазні та нефазні умови. Хоча методи, розроблені для непропорційного навантаження, зокрема засновані на концепції критичної площини, враховують геометрію площини локалізованого пошкодження, вони не враховують напрямок кристалографічного ковзання на критичних площинах. Врахування текстури кочення, як це показано за розгляду авіяційного алюмінійового стопу 2024 T3, може наблизити підхід Губера–Мізеса щодо багатовісного навантаження до реальних процесів, що відбуваються у конструкційних матеріялах на мікрорівні.

Ключові слова: аерокосмічні конструкції, багатовісна втома, теорії міцности, пропорційне навантаження, непропорційне навантаження, еквівалентні напруження, критична площина, нерівномірне навантаження, кристалографічний фактор.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i04/0419.html

PACS: 46.50.+a, 61.72.Hh, 62.20.F-, 81.40.Lm, 81.40.Np, 81.70.Bt, 83.50.Jf

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. European Union Aviation Safety Agency. Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes (CS-25) (2023).
  2. Rozrakhunky ta Vyprobuvannia na Mitsnist. Metody Vyznachennia Ekvivalentnykh i Dopustymykh Napruzhen vid Statychnoho Navaazhennia [Calculations and Strength Tests. Methods for Determining Equivalent and Allowable Stresses from Static Loading], DSTU Standard 2464-94, Derzhstandard Ukrainy (Kyiv: 1994).
  3. ISO/TR 12112:2018. Metallic Materials – Principle and Designs for Multiaxial Fatigue Testing (Geneva: ISO: 2018).
  4. ASTM E2207-15 ‘Standard Practice for Strain-Controlled Axial-Torsional Fatigue Testing with Thin-Walled Tubular Specimens’.
  5. American Petroleum Institute & American Society of Mechanical Engineers. API 579-1/ASME FFS-1 Fitness-for-Service (4th ed.) (Washington, DC: API: 2021).
  6. M. Brown and K. J. Miller, Proc. Inst. Mech. Eng., 187, Iss. 1: 745 (1973).
  7. J. Draper, Modern Metal Fatigue Analysis (Warrington, UK: EMAS Publishing: 2008).
  8. Y.-L. Lee, M. E. Barkey, and H.-T. Kang, Metal Fatigue Analysis Handbook: Practical Problem-Solving Techniques for Computer-Aided Engineering (1st ed.) (Oxford, United States: Elsevier Science & Technology: 2012).
  9. J. L. Chaboche, Int. J. Plast., 2, No. 2: 149 (1986).
  10. BS EN 13445-3:2021+A1:2025. Unfired Pressure Vessels. Part 3: Design (London: BSI: 2025).
  11. NORSOK N-004:2021. Design of Steel Structures (5th ed.) (Lysaker: Standards Norway: 2021).
  12. AASHTO LRFD. Bridge Design Specifications (10th ed.) (Washington, DC: American Association of State Highway and Transportation Officials: 2023).
  13. SAE J2432. Fatigue under Combined Loading (Warrendale, PA: SAE International: 2017).
  14. G. Lanza, Trans. ASME, 8: 130 (1886).
  15. H. J. Gough and H. V. Pollard, Proc. Inst. Mech. Eng., 131: 3 (1935).
  16. H. J. Gough, J. Appl. Mech., 17, No. 2: 113 (1950).
  17. Behavior of Metals Under Complex Static and Alternating Stresses. Metal Fatigue (Eds. G. Sines and J. L. Waisman) (New York: McGraw-Hill: 1959).
  18. W. N. Findley, J. Eng. Ind., 81, No. 4: 301 (1959).
  19. A. Fatemi and N. Shamsaei, Int. J. Fatigue, 33, No. 8: 948 (2011).
  20. N. Shamsaei and A. Fatemi, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 32: 631 (2009).
  21. J. Papuga, M. Vargas, and M. Hronek, Eng. Mech., 19, Nos. 2/3: 99 (2012).
  22. J. Z. Gyekenyesi, P. L. N. Murthy, and S. K. Mital, NASALIFE—Component Fatigue and Creep Life Prediction Program (Washington, DC: 2005).
  23. Ye. V. Savchuk and S. M. Shukaiev, Mech. Adv. Technol., 7, No. 3: 279 (2023).
  24. A. Fatemi and D. F. Socie, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 11, No. 3: 149 (1988).
  25. Z. Engina and D. Coker, Procedia Struct. Integr., 5: 1229 (2017).
  26. Y. Y. Wang and W. X. Yao, Int. J. Fatigue, 26, No. 1: 17 (2004).
  27. A. Karolczuk and E. Macha, Eng. Fract. Mech., 75, Nos. 3–4: 389 (2008).
  28. Y. Jiang, O. Hertel, and M. Vormwald, Int. J. Fatigue, 29, No. 8: 1490 (2007).
  29. Y. Wang, Y. Qiu, J. Li, J. Bai, and Y. Wang, Materials, 17, No. 24: 6154 (2024).
  30. R. Hill, Proc. R. Soc. A, 193, No. 1033: 281 (1948).
  31. F. Barlat and K. Lian, Int. J. Plast., 5, No. 1: 51 (1989).
  32. V. T. Troshchenko, Deformatsiya i Razrushenie Metallov pri Mnogotsiklovoy Nagruzke [Deformation and Fracture of Metals under Multicyclic Loading] (Kiev: Naukova Dumka: 1981) (in Russian).
  33. A. Fatemi and L. Yang, Int. J. Fatigue, 20, Iss. 1: 9 (1998).
  34. M. A. Miner, J. Appl. Mech., 12, No. 3: 159 (1945).
  35. J. Colin and A. Fatemi, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 33, No. 4: 205 (2010).
  36. J. Miller, Mater. Sci. Technol., 9, No. 6: 453 (1993).
  37. S. Harada and T. Endo, On the Validity of Miner’s Rule Under Sequential Loading of Rotating Bending and Cyclic Torsion, Fatigue Under Biaxial and Multiaxial Loading (Eds. K. Kussmaul, D. McDiarmid, and D. Socie) (London: Mechanical Engineering Publications: 1991).
  38. D. F. Socie and G. B. Marquis, Multiaxial Fatigue (Warrendale: SAE International: 2000).
  39. N. Shamsaei, M. Gladskyi, K. Panasovskyi, S. Shukaev, and A. Fatemi, Int. J. Fatigue, 32, No. 11: 1862 (2010).
  40. A. Niesłony and E. Macha, Spectral Method in Multiaxial Random Fatigue (Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag: 2007).
  41. C. Braccesi, F. Cianetti, G. Lori, and D. Pioli, Int. J. Fatigue, 74: 107 (2015).
  42. J. Zhou, Safety and Reliability – Safe Societies in a Changing World (Eds. S. Haugen et al.) (Trondheim: CRC Press: 2018).
  43. J. L. Chaboche, Int. J. Plast., 5, No. 3: 247 (1989).
  44. C. H. Wang and M. W. Brown, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 16, No. 12: 1285 (1993).
  45. T. Lagoda, S. Vantadori, K. Głowacka, M. Kurek, and K. Kluger, Materials, 15, No. 10: 3481 (2022).
  46. R. Lee, ABAQUS for Engineers: Engineering Fatigue Analysis with Fe-Safe, (Boca Raton, FL: CRC Press: 2023).
  47. MSC Nastran 2023. 2 Embedded Fatigue User Guide (Newport Beach, CA: Hexagon AB: 2023).
  48. Y. Huang, Z. Cui, and Z. Chen, Proc. of the 16th International LS-DYNA Conference (Detroit, USA: 2020).
  49. A. G. Jackson, Slip Systems. Handbook of Crystallography (New York, NY: Springer: 1991).
  50. T. Maslak and M. Karuskevich, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 46, No. 3: 1211 (2023).
  51. M. Karuskevich, S. Ignatovych, T. Maslak, and O. Karuskevych, Aviation, 28, No. 4: 255 (2024).
  52. O. Lohne, Phys. Status Solidi A, 25, No. 2: K179 (1974).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 1979 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»