Constant life diagrams for structures from polymer composite materials
Authors: Крыжевич Г.Б. 
Published: March 2023

Целью настоящей статьи является разработка основных положений универсального способа построения диаграммы предельных амплитуд цикла (ДПА) по экспериментальным данным, обеспечивающего создание научно-обоснованный подхода к систематизации данных о влиянии несимметрии циклов нагружения на усталостную долговечность слоистых полимерных композиционных материалов (ПКМ) в условиях одноосного растяжения-сжатия. При достижении этой цели, получены следующие результаты. Установлено, что формы ДПА для слоистых ПКМ обладают большим разнообразием (по сравнению с металлами, сплавами и другими конструкционными материалами), что объясняется, главным образом, существенным накоплением усталостных повреждений при действии переменных напряжений не только в тех частях цикла нагружения, когда зона потенциального повреждения растягивается, но и когда она сжимается. Установлено, что для слоистых ПКМ в общем случае характерно наличие трех характерных участков ДПА. Предложены нелинейные зависимости для аппроксимации концевых участков и линейные - для среднего участка. Предложен рациональный набор параметров, на основе которых строятся аппроксимационные зависимости. Предложен алгоритм выделения среднего участка диаграммы на основе созданияполиномиальной модели ДПА, осуществляемого методами теории планирования эксперимента. На основе этой модели устанавливаются промежутки, в пределах которых происходит медленное изменение предельных амплитуд при изменении средних амплитуд цикла. Суммирование этих промежутков позволяет оценить границы среднего участка ДПА.

The purpose of this article is to formulate the main provisions of a universal method for constructing a constant life diagram (CLD) based on experimental data, which provides the creation of a scientifically based approach to systematizing data on the effect of asymmetry of loading cycles on the fatigue life of layered polymer composite materials under uniaxial tension-compression conditions. In achieving this goal, aimed at creating a science-based approach to the systematization of experimental data on the effect of asymmetry of loading cycles on the fatigue life of layered polymer composite materials under uniaxial tension-compression conditions, the following results were obtained. It has been established that the forms of a CLD for layered polymer composite materials are very diverse (compared to metals, alloys and other structural materials), which is mainly due to the significant accumulation of fatigue damage under the action of variable stresses, not only in those parts of the loading cycle when the zone of potential damage is stretched, but also when it shrinks. It has been established that, in the general case, layered polymer composite materials are characterized by the presence of three characteristic areas of a CLD. Non-linear dependences are proposed for approximating the end sections and linear ones for the middle section. A rational set of parameters is proposed, on the basis of which approximation dependencies are built. An algorithm for selecting the middle section of the diagram based on the creation of a polynomial model of a diagram, carried out by methods of the theory of experiment planning, is proposed. Based on this model, intervals are established within which the limiting amplitudes slowly change with a change in the average amplitudes of the cycle. The summation of these intervals makes it possible to estimate the boundaries of the middle section of the CLD.