Прогнозирование трещиностойкости элементов авиационных конструкций с использованием деформационной модели разрушения

• Автор: Минин, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Введение

1. Анализ критериев разрушения элементов конструкций с трещиной и без нее
1.1. Энергетические критерии
1.2. Силовые критерии
1.3. Деформационные критерии :
1.4. Диаграммы деформирования
1.4.1. Методика построения и анализ истинных
диаграмм деформирования
1.4.2. Построение диаграмм истинных напряжений
1.4.3.Характеристика процесса
упруго-пластического деформирования
1.4.3.1. Кривая упрочнения Д =/(Э)
1.4.3.2. Кривая упрочнения Д =Ящ)
1.4.3.3. Кривая упрочнения 51 =/(£)
1.4.3.4. Равновесная диаграмма деформирования металла
1.4.4. Аппроксимация диаграмм деформирования
1.5. Методы определения коэффициентов
интенсивности напряжений
1.6. Выводы
2. Экспериментальный анализ моделей определения трещиностойкости материалов
2.1 Определение параметров кинетической
модели методом поциклового суммирования
2.2 Анализ зон пластической деформации
2.3. Расчетно-экспериментальное исследование
статической трещиностойкости сплава АК
2.3.1. Описание эксперимента
2.3.2. Схема раскроя экспериментальных образцов
2.3.3. Определение коэффициентов интенсивности
напряжений по различным расчетным схемам
2.4 Статистическая обработка результатов вычислений
критических коэффициентов интенсивности напряжений
2.5. Определение трещиностойкости по деформационным
критериям разрушения
2.5.1. Исследование диаграмм деформирования
образцов из сплава АК
2.5.2. Влияние поверхностного упрочнения на характеристики трещиностойкости
2.5.3. Статистический анализ деформационной модели
2.6. Выводы
3. Прогнозирование живучести конструкции
барабанов авиаколес
3.1. Оценка трещиностойкости материала барабанов авиаколес
3.2. Анализ напряженно-деформированного состояния
барабанов авиаколес
3.3. Построение диаграмм предельных напряжений
3.4. Методика прогнозирования трещиностойкости
барабанов авиаколес
3.5. Выводы
4.Вывод ы
Литература.

Введение.
Высокие требования, определяемые современным уровнем развития техники, которые предъявляются к надежности машин, весовой отдаче и себестоимости изделия определяют направления оптимизации процесса проектирования и изготовления современных конструкций.
Одним из важнейших критериев, определяющих надежность машин, является трещиностойкость материалов из которых изготовлены элементы конструкций. Вопросам определения трещиностойкости и прогнозирования разрушения посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных авторов. В ряде публикаций проблема прочности и разрушения рассматривается с феноменологических позиций -на базе концепций механики твердого тела. К другому направлению, относятся работы по развитию физики прочности и пластичности материалов, в которых анализ разрушения проводится на атомарном и дислокационном уровнях, т. е. на микроуровне. Существуют, также, различные статистические теории прочности, рассматривающие материал, как конгломерат зерен, физические свойства которых различаются. Основные критерии разрушения разработаны в рамках энергетического, рассматривающего лишь энергетические потоки для тела в целом, и. силового, основанного на анализе локального напряженного состояния в теле перед фронтом трещины, подходов.
Прогнозирование живучести . конструкций на стадии макроскопического разрушения материала - основная проблема линейной механики разрушения [5].
В рамках силового подхода линейная механика разрушений является математически наиболее завершенным и экспериментально апробированным разделом общей механики разрушений. Установлено, что линейная механика разрушений справедлива во всех случаях, когда материал имеет линейный начальный участок на диаграмме напряжение -деформация, а размер зоны разрушения мал по сравнению с характерными размерами тела. Однако, трещины могут появляться и в небольших деталях, размеры которых сравнимы с размерами трещины, приводящей к разрушению. В таких деталях наблюдается изменение напряженного состояния вдоль фронта трещины, когда имеет место плоское напряженное и промежуточное напряженно-деформированное состояние материала. В этом случае методы линейной механики разрушения, выражающие сингулярное поведение напряжений вдоль фронта трещины ограничены в применении. В целях распространения линейной механики разрушения за упругую область модели развития трещины дополняются эмпирическими коэффициентами.
К основным характеристикам напряженно-деформированного состояния в теле с трещиной относится коэффициент интенсивности напряжений (КИН), который разработан с позиций силового подхода в
1.4.4. Аппроксимации диаграмм деформирования.
Сопротивление упругопластическим деформациям при статическом нагружении элементов конструкций и деталей машин рассчитывают как с использованием экспериментальных диаграмм деформирования, так и по аппроксимированным диаграммам, поскольку в условиях реального производства не всегда удается получить вышеприведенные зависимости. В первом случае в качестве параметров диаграмм деформирования можно использовать координаты точек на кривой «напряжение-деформация» или функцию пластичности [26]:
СТ=Ее(1-(Ое), (1.4.42)
где с - напряжение; Е - модуль продольной упругости; е - деформация;
— безразмерная функция пластической деформации (0<а>„<1).
Вопросам аппроксимации . диаграмм статического деформирования посвящено большое количество работ [9, 26, 27, 28, 29]. В расчетах напряженного состояния и прочности наряду с (1.4.42) широко применяют линейную аппроксимацию диаграмм деформирования:
СГ = От + бт(е - ет), (1.4.43)
где оу, ет - напряжение и деформация в начале текучести (предел текучести и деформации на пределе текучести); Ог - модуль упрочнения в упругопластической области (0< Сг<:Е). Повышение точности расчетов в неупругой области (особенно для материалов со значительным упрочнением и с площадкой текучести) достигают использованием полигональной аппроксимации. Для вписанной ломаной линии в интервале деформаций е„<е<е„+_/
а = сгп+ -а- (е - е„) = ап + Ъп е > (1Д44)
еп+1 еп
где а„ Ьп — параметры диаграммы деформирования.
Опыты показывают [28, 29], что реальные диаграммы
деформирования металлов в неупругой области имеют нелинейную форму с переменными параметрами кривизны по мере увеличения деформаций. Форма кривых деформирования связана с неоднородностью структуры, наличием в материале остаточных микронапряжений и развитием микродефектов за пределом текучести. Связь между напряжениями и