Численный анализ полей напряжений и развития дефектов при малоцикловом нагружении элементов конструкций с концентраторами

• Автор: Бородой, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Подход на основе уравнений механики поврежденной среды (МПС) для оценки усталостной долговечности материалов и конструкций
1.2. Модели развития трещиноподобных дефектов
1.3. Численное моделирование упругопластических задач деформирования и развития дефектов элементов и узлов несущих конструкций
1.4. Основные выводы из обзора
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ НАГРУЖЕНИЯ
2.1. Математическая модель МПС
2.2. Алгоритм интегрирования определяющих соотношений упругопластического деформирования и накопления повреждений в элементарном объёме материала
2.3. Экспериментально-теоретические методики определения материальных параметров модели МПС. Базовые эксперименты
3. АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СООТНОШЕНИЙ МПС ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО И НЕПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
3.1. Оценка адекватности уравнений термопластичности при малоцикловом нагружении

3.2. Оценка адекватности эволюционных уравнений накопления повреждений при малоцикловой усталости
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С
КОНЦЕНТРАТОРАМИ
4.1. Общие положения
4.2. Численный анализ напряжённого состояния полосы с
круглым отверстием при малоцикловом нагружении
4.3. Расчёт пластины с дентальной и косой трещиной при циклическом упругопластическом деформировании материала
4.4. Численный анализ поведения конструктивного узла фланцевого соединения при комбинированном
термоциклическом нагружении
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Тенденция развития конструкций и аппаратов современного машиностроения характеризуется увеличением их рабочих параметров, снижением металлоёмкости за счёт оптимального проектирования и применения высокопрочных материалов, значительным ростом удельного веса нестационарных режимов нагружения. Все более жёсткие требования предъявляются к снижению материалоёмкости конструкций, обеспечение которых связано с повышенной общей и местной напряжённостью конструктивных элементов и уменьшением коэффициента запаса прочности. Значительно увеличиваются требования к надёжности и длительности безаварийной эксплуатации как конструкций в целом, так и отдельных её элементов. Указанные тенденции привели к тому, что в настоящее время одной из актуальных задач проектирования и эксплуатации конструкций и аппаратов новой техники является задача надёжной оценки их ресурса, диагностики выработанного и прогноза остаточного ресурса в процессе эксплуатации. Особенно эта задача актуальна для ответственных инженерных объектов (ОИО). Как правило, эксплуатационные условия работы таких объектов характеризуются многопараметрическими нестационарными термосиловыми нагрузками, воздействиями внешних полей, приводящими к деградации начальных прочностных свойств конструкционных материалов и, в конечном итоге, исчерпанию ресурса материала конструктивных узлов объекта [51-55, 72].
До настоящего времени значительная часть исследований в области механики деформируемых сред была направлена на разработку моделей поведения неповреждённых материалов - уравнений состояния, описывающих эффекты деформирования для различных режимов истории изменения нагрузки и температуры. Стимулом к их разработке с одной стороны, явилась практическая необходимость оценки напряжённо-деформированного состояния (НДС) элементов конструкций современной техники, с другой - появление мощных современных методов решения нелинейных краевых задач механики

Для пластичных нержавеющих и корпусных сталей для удовлетворения требований (1.35) требуются экспериментальные образцы толщиной В > 0,6 м с предварительно нанесенной трещиной подобных размеров. Очевидно, проведение испытаний таких образцов для определения трещиностойкости этих материалов вызывает большие трудности.
Поэтому, возникает необходимость расширения подхода ЛУМР на пластичные материалы, на исследование распространения трещины при ползучести, при малоцикловой усталости, распространение малых трещин. Во всех этих случаях протяженность локальной пластической зоны сопоставима с длиной трещины и габаритными размерами тела.
Если зона пластичности не является малой, то она оказывает значительное влияние на интенсивность выделения энергии И. Это влияние можно оценить на основе I- интеграла Райса - Черепанова [10, 45, 91]
(рис. 1.10).