Упругие и пластические параметры состояния наклонных полуэллиптических трещин при двухосном нагружении

• Автор: Туманов, Андрей Владиславович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ РЕШЕНИЯ МЕХАНИКИ ПОЛУЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ТРЕЩИН
1.1. Трещины в состоянии двухосного нагружения
1.2. Наклонные поверхностные трещины
1.3. Учет влияния формы трещины в плане на количественные и качественные характеристики дефекта
1.5 Упругая и упруго-пластическая модели полей напряженно-деформированного состояния и коэффициентов интенсивности напряжений поверхностных полуэллиптических дефектов
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛАСТИНЫ С НАКЛОННЫМ ПОВЕРХНОСТНЫМ ДЕФЕКТОМ
2.1. Модель НДС наклонных полуэллиптических трещин
2.2. Расчет упругих параметров
2.3 Расчет упруго-пластических параметров
2.4 Разработка программного комплекса расчета параметров НДС поверхностных дефектов
ГЛАВА 3. УПРУГИЕ ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ НЕСКВОЗНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ СМЕШАННЫХ ФОРМАХ НАГРУЖЕНИЯ
3.1. Коэффициенты интенсивности напряжений и скорость выделения энергии вдоль фронта несквозной наклонной поверхностной трещины
3.2. Определение упругих параметров смешанности для поверхностных дефектов
3.3. Параметры сингулярности для основных форм деформирования
3.4. Критерий направления роста поверхностной трещины на основе минимума плотности энергии деформации
ГЛАВА 4. УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СМЕШАННЫХ ФОРМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НАКЛОННЫХ НЕСКВОЗНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ ДВУХОСНОМ НАГРУЖЕНИИ
4.1. Поля упруго-пластических напряжений и зоны пластичности
4.2. Оценка влияния двухосности нагружения, формы и ориентации дефекта
на НДС вдоль фронта трещины
4.3. Направление роста поверхностной полуэллиптической трещины в условиях маломасштабной текучести
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТРЕЩИН
5.1. Оборудование и методы проведения экспериментов
5.2. Определение направления развития полуэллиптической трещины при смешанных формах деформирования
5.3. Определение скорости развития полуэллиптических трещин при растяжении и изгибе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
Многие элементы оборудования, например, роторы паровых турбин, трубопроводы, детали теплообменного оборудования, обшивки самолетов и др., содержат технологические концентраторы напряжений, которые при эксплутационных режимах работы обусловливают развитие пластических деформаций в зонах концентрации, это, в свою очередь, является основой для образования микро и макротрещин. В основном данные элементы конструкций являются критическими с точки зрения несущей способности и ресурса. Однако в условиях современной рыночной экономики время эксплуатации элементов оборудования значительно превышает значения паркового ресурса.
Во время проведения регламентных ремонтных работ после выявления дефектов оборудования специалист должен сделать заключение о возможности его дальнейшего использования. Для прогнозирования остаточного ресурса он должен четко представлять состояние элементов конструкций с выявленными повреждениями. Одними из самых распространенных дефектов, ограничивающих сроки безопасной эксплуатации изделий, являются поверхностные несквозные трещины различной формы в плане и ориентации. Двухосность нагружения, возникающая в элементах обшивки самолетов, роторах паровых турбин, трубопроводах, сосудах давления и т.п. приводит к образованию трещин, плоскость расположения которых произвольно ориентирована в пространстве. В этой связи в последнее время специалисты уделяют особое внимание подобным задачам, которые в механике разрушения относятся к разделу смешанных форм деформирования. Традиционные критерии, модели состояния и параметры механики трещин должным образом не учитывают специфику таких форм деформирования. Более того, особенности поведения поверхностных дефектов при смешанных формах разрушения находятся за пределами нормативных документов ввиду сложностей методического, вычислительного и экспериментального плана. Влияние вида нагружения, в частности, двухосности напряжений реализуется через зону пластической деформации в области вершины трещины, что предполагает проведение исследований в упруго-пластической постановке. Для описания

граням пластины вдоль оси О У к нагрузке приложенной вдоль оси ОХ. Плоскость исходного дефекта лежит под углом а к оси приложения нагрузи, отсчитываемого от оси ОУ. Относительная глубина проникновения трещины принята равной
а — 0.1, где / - глубина пластины. Внешний вид формы дефекта определяется г
отношением малой полуоси эллипса к большей е = —. Рассматривалось два вида

трещин полукруговая (е = 1) и, собственно, полуэллиптическая (е = 0.5).
2.2. Расчет упругих параметров Поля НДС в упругой постановке
Расчет упругих параметров ведется в соответствии с моделью поверхностных дефектов предложенной Хи и Хатчинсоном, согласно которой, аналитическое решение для внутренних дефектов дополняется функциями учитывающими выход точек фронта трещины на свободную поверхность. Согласно этому подходу для определения параметров НДС в области вершины трещины необходимо определить коэффициенты интенсивности напряжений во всех точках фронта внутренней дискообразной трещины. Далее на основе численного расчета определяются функции, учитывающие приближение точек фронта трещины к свободной поверхности.
Подставляя полученные коэффициенты интенсивности напряжений в формулы, полученные удержанием первых двух членов в разложении Вильямса можно получить поля НДС в области вершины поверхностной полуэллиптической трещины при смешанных формах деформирования.
Согласно авторам [64] поля напряженно-деформированного состояния в области вершины наклонной трещины можно представить в виде: