ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ О ТРЕЩИНАХ

ГЛАВА 17. ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ О ТРЕЩИНАХ..... 969 [c.466]

ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ О ТРЕЩИНАХ [c.969]

При Ил — 0,6 инерционный эффект достигает максимума. Влияние коэффициента Пуассона v на динамический коэффициент интенсивности показано на рис, 55.4, Как известно, полученное здесь решение может быть использовано в качестве приближенного решения рассмотренной в п. 1 этого параграфа задачи о трещине в полосе. [c.454]

В книге изложена теория одного наиболее часто встречающегося типа трещин технологического происхождения, так называемых горячих трещин. Дефекты такого рода имеют первостепенное значение в сварочном и металлургическом производствах. Дан простой общий метод точного решения автомодельных динамических задач теории упругости. В качестве примеров рассмотрены некоторые контактные задачи и задачи о трещинах. Рассмотрена динамическая прочность толстостенных цилиндрических оболочек при статических, динамических и случайных нагрузках. Приведено точное решение пространственной задачи теории упругости для внешности эллипсоидального отверстия, находящегося в тяжелом полупространстве. Для наиболее интересных частных случаев получены общие условия устойчивости выработок. Предлагается теория горного удара, а на ее основе — некоторые меры, которые могут служить для управления этим явлением. [c.4]

В 1969 г. нами была рассмотрена динамическая задача о плоскости с трещиной конечной длпны 21, на берегах которой задана гармоническая нагрузка растяжения-сжатия амплитуды q. Коэффициент интенсивности напряжений нормального отрыва был найден в зависимости от волнового числа (рис. 98) при v = 0,3. Амплитуда коэффициента интенсивности напряжений во всем [c.163]

Во II, III и V главах дано решение задачи о предельном равновесии цилиндра с внешней кольцевой трещиной, когда такой цилиндр подвергнут осевому растяжению или изгибу. При этом для указанной задачи установлены значения коэффициентов интенсивности напряжений, условия существования состояния плоской деформации в окрестности контура трещины и т. п. Задача о растяжении цилиндра с кольцевой трещиной рассмотрена также в рамках б -модели и установлены соотношения, связывающие критическое раскрытие трещины 6 с силовыми и геометрическими параметрами этой задачи. Рассмотрена динамическая задача о растяжении цилиндрического образца с мелкой кольцевой трещиной. Для некоторых случаев приведено сопоставление теоретических и экспериментальных данных. [c.7]

Рассмотрим задачу дифракции плоской волны сдвига на жестком цилиндрическом включении, которое скреплено с упругой средой по контуру/ =а, 10 >а, —оо<д з<оо (рис. 6.11). Предполагается, что включение неподвижно, а участок контура г=а, 9 а является границей среды, свободной от напряжений, т. е. рассматривается динамическая задача для трещины, [c.145]

Теперь рассмотрим плоскую задачу о трещине конечной длины в. плоскости, к берегам которой приложены произвольная динамическая нормальная и касательная нагрузки. Задача о. взаимодействии неустановившихся упругих волн с трещиной, как и в случае гармонического нагружения, сводится к задаче для падающих и отраженных волн. Задача для падающих волн, как правило, трудностей нё, вызы--вает, а задача для отраженных волн сводится к сформулированной выше задаче о нагружении берегов трещины, поэтому ограничимся рассмотрением последней. [c.58]

При анализе динамического распространения трещины, когда нельзя пренебрегать силами инерции, необходимо рассматривать динамическую задачу теории упругости для тела с движущейся трещиной. Учет сил инерции приводит к перераспределению напряжений и деформаций в окрестности вершины трещины. Наиболее просто эти эффекты анализируются в следующих случаях, являющихся предельными случаями общего динамического роста трещины на тело действует ударная нагрузка и фронт трещины распространяется в упругом теле с большой скоростью, сравнимой со скоростью звука, причем упругое поле стационарно в малой окрестности вершины трещины в движущейся системе координат, связанной с концом трещины гармоническое упругое поле, когда край трещины неподвижен, внешние нагрузки, помимо постоянной составляющей, имеют компоненту, которая изменяется во времени с большой частотой. Гармонические задачи о трещинах можно разделить на два класса в нервом классе задач гармонические нагрузки прикладываются к берегам трещины, во втором — сингулярное ноле напряжений образуется вследствие дифракции волны, падающей на трещину. [c.79]

С математической точки зрения плоские задачи о динамическом распространении трещин с переменной скоростью сводятся к решению гиперболической системы уравнений (4.2) со смешанными граничными условиями, задаваемыми на плоскости (причем одно условие — сквозное), когда граница, разделяющая области задания смешанных условий, движется с переменной скоростью. [c.492]

Как известно, при динамическом нагружении деталей и конструкций, содержащих трещину, образующиеся волны отражаются и преломляются на трещине, вызывая более высокие напряжения, чем в случае статического нагружения. Решение динамической задачи для цилиндра полезно сопоставить с результатами 19 (которые должны получаться в результате предельного перехода) для выявления влияния импульсного характера нагружения на динамический коэффициент интенсивности напряжений. Заметим, кроме того, что найденное в этом параграфе решение эквивалентно решению задачи о внезапном появлении трещины в бесконечном цилиндре в случае приложения статического крутящего момента. [c.417]

Предыдущая общая постановка вопроса о развитии трещины и все высказанные выше соображения относятся к самому общему случаю динамической задачи с наличием вообще произвольного внешнего притока тепла и притоков энергии Обычно рассматриваются только статические адиабатические процессы при = 0. [c.540]

Если задача о росте трещины решается аналитически, то необходимо при этом найти главный ( ключевой ) элемент механического поля для произвольного процесса роста трещины, а роль критерия роста трещины заключается в отборе истинного движения из класса всех динамически допустимых движений. Если же данная задача решается численно, то основной проблемой является проблема интегрирования уравнения поля шаговым методом, удовлетворяя при этом заданному условию постоянства ключевого элемента механического поля. [c.97]

Ниже мы рассмотрим вариационную постановку задачи о динамическом росте трещины в линейно-упругих, а также нелинейных (упругих или неупругих) телах. Вначале исследуем динамику развития трещины в линейно-упругом материале. Рассмотрим два момента времени t и + в соответствии с которыми переменные, описывающие поля, обозначаются индексами 1 и 2. Пусть в момент времени ti объем тела будет l/ , внешняя граница тела с заданными нагрузками Т будет 5<л, поверхность трещины равна 5 . Предположим, что между моментами ti и ta площадь трещины изменяется на AS = S 2 — 5 . Для простоты считаем, что поверхность трещины свободна от приложенных нагрузок. Более общий случай, учитывающий объемные силы и нагрузку, приложенную к поверхности трещины, рассмотрен в [9, 10]. Принцип виртуальной работы, определяющий движение твердого тела между моментами ti и г г, когда происходит рост трещины, определяется следующим образом 19,10 [c.274]

К исследованию волновых процессов в двумерных системах сводится широкий круг задач о динамических процессах, происходящих в волновых транспортерах и ленточных пилах [5.15,5.16], в скоростных бумагоделательных машинах и при прокате листового металла [34 . Кроме того, сюда же относятся задачи о деформации и рассеянии волн на нестационарных объектах, например, на развивающихся трещинах в твердых телах. Однако двумерные системы изучены значительно слабее одномерных. И в первую очередь, это связано с резким усложнением задач [5.9, 5.13, 5.14], для которых в настоящее время не только отсутствуют рациональные аналитические или численные методы решения, но во многом еще остается открытым вопрос об их корректной математической постановке. [c.184]

Условия стали совершенно другими, когда инженеры столкнулись с важными динамическими задачами, в которых местные напряжения и концентрация напряжения играют первостепенную роль. Исторически такие задачи впервые возникли и были решены при расчете железнодорожных сооружений. Начальные исследования о концентрации напряжений касались изучения причин разрушения железнодорожных осей. Обычно диаметр осей резко изменялся в том месте, где шейки оси соединяются с телом оси, и во входящих углах возникали усталостные трещины. Так как эти разрушения имеют характер хрупкого разрушения, то обычно предполагается, что при действии переменных напряжений и ударов мягкая сталь изменяет структуру своих волокон и становится хрупкой. [c.660]

В. В. Зозули, В. Б. Рудницкого, являются задачи о нагрузке, штампе [9-17, 32, 33], а также задачи о полубесконечной трещине [30, 32, 34, 35], движущихся с постоянной скоростью. При этом исходная динамическая задача допускает преобразование к статическим задачам, что позволяет использовать аппарат теории функций комплексных переменных, методов задач Римана-Гильберта и интегральных преобразований Фурье. В работах этого направления получены общие представления на- [c.289]

Продолжая исследование вопроса динамического развития трещин, Б. В. Костров (1966) нашел решение нестационарной задачи распространения трещины продольного сдвига в безграничном упругом теле, причем было вычислено распределение напряжений вне трещины при произвольном временном законе перемещения концов трещины. Здесь использовались методы, развитые в задачах о сверхзвуковом обтекании крыла конечного размаха. [c.390]

Анализ напряженно-деформированного состояния стационарной трещины при динамическом нагружении имеет важное значение при анализе процессов, предшествующих разрушению. При этом, как правило, рассматривают отдельно установившиеся процессы, вызванные периодическими (в частности, гармоническими) нагрузками, и переходные процессы, вызванные произвольными динамическими (в частности, ударными) нагрузками. При решении реальных задач динамические нагрузки, как правило, прикладываются к части поверхности или объема тела. Волны напряжений распространяются в теле и достигнув трещины взаимодействуют с ней. В случае идеализированных постановок волна напряжений приходит из бесконечности или от границы. Решение задачи представляется в виде суммы решений, определяемых соответственно падающими и отраженными волнами. Решение, соответствующее падающим волнам, регулярно и трудностей не вызывает. Решение для отраженных волн сингулярно и сводится к решению задачи о нагружении берегов трещины. Коэффициенты интенсивности напряжений определяются решением для отраженных волн, поэтому оно представляет наибольший интерес в механике разрушения. Примеры решения различных классических задач динамической механики разрушения приведены в работах [15, 38, 103, 108, 238, 293, 294, 313, 399, 453, 467, 471,478, 535, 549]. [c.36]

Решена задача о внезапном появлении прямолинейного полу-бесконечного неподвижного разреза в постоянном поле растягивающих напряжений [133], а также задача, в которой тот же разрез двигался с неизменной скоростью с момента его появления [107]. Исследовано [108] распространение разреза с постоянной скоростью в обе стороны, при этом начальная длина его равна нулю, а поле растягивающих напряжений считается постоянным (соответствующая осесимметричная задача рассмотрена в работах [49, 116]. Аналогичные задачи рассмотрены в работах [104, 127, 94]. В работе [141] рассмотрены некоторые динамические задачи о распространении трещин и приведен довольно подробный обзор литературы. В работах [105, 106, 109] задача Броберга [108] была обобщена на случай анизотропного материала и на случай произвольно, заданной на щели нормальной нагрузки, сохраняющей автомодельность задачи. Все указанные решения автомодельны с индексом (О, 0) (см. монографию [91 ]). [c.114]

Рассматривается стационарная динамическая задача о распространении трещины в упругопластическом теле. Основная особенность решения антиплоской задачи - снижение концентрации деформаций по сравнению с квазистатикой. В плоской динамической задаче деформации оказываются ограниченными и малыми при достаточно большой скорости трещины. В этом случае полностью оправдывается применение геометрически линейных соотношений. [c.7]

К решению динамических задач теории упругости метод Винера— Хопфа (см. I гл. I, и. 4) впервые был применен при исследовании стационарной задачи дифракции на полубесконеч-ном разрезе со свободными краями, а также при изучении напряженного состояния, возникающего при мгновенном образовании полубескоиечной трещины. В этих задачах имеют место смешанные граничные условия, заданные на двух полубесконечных интервалах, при одном граничном условии, сквозном по всему бесконечному интервалу. Ниже на примере решения плоской задачи о вдавливании гладкого штампа [59] проиллюстрируем применение этого метода в динамической теории упругости. Для простоты ограничимся случаем полубесконечного штампа. [c.483]

Сейчас мы сосредоточим наше внимание на задаче о стра-гиванни стационарной трещины в упругопластическом теле, нагруженном произвольной системой внешних силовых воздействий. Если рассматриваются двумерные задачи, то любой интеграл по произвольно малому круговому контуру Г , содержащему внутри себя вершину трещины (радиус е окружности очень мал), может служить адекватной характеристикой состояния окрестности вершины трещины, причем подынтегральная функция удовлетворяет следующим условиям 1) зависит от напряжений, деформаций и перемещений точек вблизи вершины трещины 2) при стремлении к вершине трещины имеет особенность порядка 1/г. Поскольку на контуре подынтегральная функция имеет асимптотику 1/е, то, поскольку dT = edQ, данный интегральный параметр конечен. Итак, рассмотрим динамически нагружаемое упругопластическое тело со стационарными трещинами из бесконечного числа параметров, которые можно ввести, удовлетворив сформулированным выше требованиям, выберем, например, параметр [c.65]

Чтобы двигаться дальше, необходимо иметь зависимость размера пластической зоны го от коэффициента интенсивностн напряжений Кз, определяемого дальним полем напряжений, для любых значений скорости движения трещины. Такой результат может быть получен только из полного решения задачи об установившемся росте трещины. Существует только одно решение такой задачи о динамическом росте трещины — решение Френда [c.110]

Большое количество примеров аналитических решений классических задач, которые играют центральную роль в развитии теории динамического разрушения, приведено в опубликованной нами ранее обзорной статье [47]. В частности, там отмечено,, что мощным стимулом для развития исследований в данной области оказались результаты, полученные в работах Иоффе [90],, Крэггса [27] и Нильссона [70], в которых в качестве основы были использованы динамические модели установившегося про-цесса роста трещины в упругом теле. Некоторые недостатки моделей стационарного роста были устранены Бробергом [20] и Бейкером [13], которые впервые провели детальные исследования динамического процесса распространения трещины в упругом теле именно как переходного процесса. Полученные ими ре-зультаты установлены при дополнительном ограничивающем предположении о том, что после страгивания вершина трещины движется с постоянной скоростью. Важный общий метод реше-ния такого рода задач как автомодельных, примененный впер-вые Бробергом и Бейкером, был впоследствии развит Г. П. Черепановым и Е. Ф. Афанасьевым [25]. [c.114]

Эшелби [34] рассмотрел задачу о динамическом распространении трещины в условиях антинлоского сдвига при неравномерной скорости ее движения и в условиях квазистатического нагружения общего вида. Он построил полное рсшспие задачи, применив известный результат из теории распространения электромагнитных волн при неравномерном движении заряженной нити. Было установлено, что динамический коэффициент интенсивности напряжений представляет собой функцию мгновенной скорости движения вершины трещины, умноженную на статический коэффициент интенсивности напряжений для данной нагрузки и данной мгновенной длины трещины. Обозначив величину подрастания трещины через a t), имеем [c.115]

Результаты применения конечно-разностных методов для решения двумерных задач о динамическом росте трещины опубликованы Шмюли с соавторами (резюме этой работы см. в [82]), Стоклом и Ауэром [85], Эндрюсом [8,9], Дасом и Аки [29] и Бюргерсом [22]. В этих исследованиях материал считался ли-нсйно-упругим, а уравнения движения в перемещениях записывались в конечно-разностной форме. Типичными были разностные схемы второго порядка точности по пространственным пере- [c.119]

Скорость разрушения определяется кооперативными процессами, прол исходящими на микро- и макроуровнях, и поэтому необходим учет как прочности межатомной связи в бездефектной кристаллической решетке, так и характеристик прочности и пластичности материалов с дефектами — дислокациями, вакансиями и т. п. на микро- и макроуровнях с учетом влияния исходной структуры на характеристики прочности и пластичности. В связи со сложностью поставленных механикой разрушения задач прямого эксперимента недостаточно для определения общих закономерностей разрушения материала с трещиной, а требуется привлечение подходов физики разрушения, позволяющих вникнуть в суть механизма явления. Но и это о мало, так как необходимо учитывать сложные по своему содержанию микропроцессы, оказывающие неоднозначное влияние на макропроцессы, определяющие в конечном итоге скорость разрушения. Переход от микроразрушения к макроразрушению может быть достигнут путем учета масштабного подобия. Это требует привлечения к а 1ализу механики трещин наряду с физикой прочности также теории подобия и анализа размерностей [28, 29]. Для применения теории подобия необходимо иметь большой объем предварительных данных и конкретных физических идей, позволяющих вывести уравнение, определяющее процесс. Если уравнение не удалось вывести, то применяют анализ размерностей [29]. Подходы механики разрушения позволяют рассматривать процесс разрушения как автомодельный, что упрощает решение задач механики трещин, ибо в условиях автомодельности необходимым и достаточным условием обеспечения подобия локального разрушения является использование только одного критерия подобия. К тому же теория подобия является своеобразной теорией эксперимента, так как позволяет установить, какие параметры следует определять в опыте для решения той или иной задачи [28]. Неучет этого фактора при определении критериев линейной механики разрушения привел к известным трудностям и к необходимости раздельного определения статической Ki . динамической Кы и циклической /С/с трещиностойкости. Однако каждый из указанных критериев, определенных экспериментально, без учета подобия локального разрушения, даже при одном и том же виде нагружения часто не дает сопоставимых значений из-за влияния степени стеснения пластической деформации на микромеханизм разрушения. [c.41]

Динамические задачи об установившемся движении жесткого клина в упругой полосе в дорэлеевском и сверхзвуковом диапазонах скоростей изучены Б. И. Сметаниным [25] и В. М. Александровым и Б. И. Сметаниным [1]. Форма клина выбиралась сообразно физической постановке задачи. Так, при малых скоростях движения впереди вставки бежит трещина, т.е. клин может быть тупым . При сверхзвуковом движении среда обтекает носовую часть тела безотрывно и для сохранения гипотез линейной теории упругости клин выбирается заостренным. Решение первой из этих задач о подвижной полубесконечной вставке постоянной толщины весьма сходно с упомянутым выше случаем статического расклинивания полосы. Оно построено как методом больших Л , так и в виде разложения по полиномам Чебышева I рода, которое оказалось эффективным во всем диапазоне параметра Л. Изучено поведение коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины в зависимости от параметров задачи. [c.655]

Впервые строгая математическая постановка задачи о динамическом нагружении упругого тела с трещиной, учитывающая возможность контактного взаимодействия берегов с образованием областей плотного контакта, сцепления и скольжения, дана в работе [128]. Алгоритм решения этой задачи разработан в работах [107, 129, 138], где доказана го сходимость. Случай гармонического действия нагрузки рассмотрен в работе [130], где, в частности, показано, что при учете контактного взаимодействия берегов трещины гармоническая нагрузка приводит к установившимся периодическим, но не гармоническим процессам. Исследование контактного взаимодействия берегов трещины конечной длины в плоскости при гармоническом нагружении проведено в работах [107, 132, 133]. Влияние контакта берегов на коэффициент интенсивности напряжений для одной трещины исследовано в работах [105, 134], а для двух колинеариых трещии —в [106, 136, 139]. Разработанная в работах [107, 128—131, 138] методика может быть применена к решению односторонних контактных задач динамической теории упругости [104] и задачи о контакте берегов трещины в изгибаемой пластине [135]. Настоящая монография посвящена постановке и решению динамических задач для упругих теп с трещинами с учетом возможности контактного взаимодействия их берегов. Она осно. вана на материале цитированных выше работ авторов. [c.6]

В седьмой главе разработанные методы решения динамических контактных аадач теории упругости с одчостороннимн ограничениями для тел с трещинами использованы при решении задачи о взаимодействии плоской волны растяжения-сжатия с трещиной конечной длины в плоскости. Приведены уравнения, необходимые для математической постановки задачи. Эти уравнения являются следствием общих уравнений, полученных в предьщущих главах. Исследована зависимость точности решения от аппроксимации по пространственным координатам и по времени, а также от количества членов ряда Фурье разложения компонент напряжен-но-деформированиого состояния. Приведены также численные результаты и исследованы количественные и качественные эффекты, вызванные контактным взаимодействием берегов трещины. [c.7]

Поля напряжений и перемещений в окрестности движущейся трещины. Исследование распределения полей напряжений и перемещений в окрестности фронта трещины имеет важное значение при формулировке критериев разрушения с использованием силового подхода Дж. Ирвина и при решении других задач механики разрушения [320, 399 и др.]. В статических задачах механики разрушения эта задача решена в работах [492, 572]. Там же показано, что напряжения и перемещения могут быть представлены в виде (1.3). Этот результат имеет место и при динамическом действии нагрузки для стационарных (нераспространяющихся) трещин [550, 551]. Если трещина распространяется, то ситуация усложняется. В этом случае напряжения и перемещения в окрестности фронта движущейся трещины зависят от скорости ее движения. Впервые эта задача в случае распространения, трещины с постоянной скоростью решена в работе [574], где, в частности, показано, что если скорость распространения фронта приближается к некоторому критическому значению, то может произойти, ветвление трещины. Задача о распространении трещины с пострянной скоростью в плоскости относится к классу стационарных смешанных задач динамической теории упругости [265, 313]. К этому же классу относятся задачи о движении штампа вдоль границы полуплоскости с постоянной скоростью, меньшей скорости распространения поперечных упругих волн. Такие задачи рассматривались в [68,i541] с помощью методов теории функций комплексного переменного. Разработанные методы можно использовать и при изучении распространения трещин, [62, 294, 530 и др.]. [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...