Моделирование распространения трещины

Рассмотрим в данном разделе основные особенности применения метода конечных элементов к задачам определения динамических коэффициентов интенсивности напряжений в телах со стационарными трещинами под действием гармонических и ударных нагрузок. Вопросы моделирования распространения трещин будут рассмотрены в разд. 3.4. [c.51]

Конечная цель всех исследований закономерностей усталостного разрушения управлять процессом распространения трещин путем его моделирования, вводя обоснованный контроль в зонах распространения трещин, сопоставляя прогноз с реализуемым процессом. По результатам контроля уточняются данные моделирования и обосновывается периодичность осмотров деталей по критерию роста трещин, а также разрабатывается система воздействия на деталь с трещиной в условиях эксплуатации или при ремонте с целью уменьшения скорости роста трещины вплоть до ее полной остановки. С точки зрения организационной структуры несомненно, что полностью система управления может быть реализована при взаимодействии многих организаций и научных направлений. Вместе с тем следует выделить решение задачи, являющейся основной, связанной с представлением о том, как ведет себя металл с развивающейся усталостной трещиной при эксплуатационном нагружении. В этом направлении выполнено множество исследований, которые обобщены, например в [6-11]. Из рассмотрения в качестве характеристики процесса разрушения скорости роста трещины и коэффициента интенсивности напряжения изучены различные внешние воздействия для множества конструкционных материалов. Однако все попытки ввести единообразное описание кинетического процесса до настоящего времени не дали положительного результата. [c.21]

Рассматриваемое уравнение (4.19) существенно упрощает описание процесса роста трещины. Однако в него входит размер зоны пластической деформации, который имеет существенное различие вдоль фронта трещины и поэтому требует введения в решение соответствующих корректировок. Помимо того, постулируется, что распространение трещины происходит в направлении, в котором коэффициент плотности энергии деформации имеет минимальную величину. Это означает, что имеется ориентационное различие в направлении роста трещины по точному определению затрат энергии, поскольку траектория трещины является извилистой и направление роста трещины меняется по мере увеличения ее длины. Следовательно, решение задачи по моделированию роста трещины [c.197]

В последние годы стало общепринятым считать, что процесс усталостного разрушения состоит из трех фаз. Первая фаза — возникновение трещины, за ней следует вторая — распространение трещины, и, наконец, когда трещина достигает критического размера, процесс разрушения завершает третья фаза — быстрый неустойчивый рост трещины до полного разрушения. Возможность моделирования каждой из этих фаз интенсивно исследовалась, однако до сих пор еще не создано скоординированных между собой моделей, которые в совокупности представляли бы общепринятый инженерный метод расчета. Тем не менее целесообразно рассмотреть некоторые последние достижения в этом направлении, поскольку в последние годы они особенно велики. В первую очередь это относится к моделированию фазы распространения трещины и последней фазы разрушения, о чем уже говорилось в разд. 3.7—3.10. [c.274]

Для моделирования роста трещины в условиях влияния среды и усталости принимают, по аналогии с формулой (1.36), что скорость ее распространения представляет собой сумму двух слагаемых, одно [c.37]

Применение теории подобия к решению прикладных задач прочности и усталостного разрушения было предметом исследования многих авторов обзор исследований дан в работе [31]. Применение теории подобия к анализу разрушения в общем случае требует использования большого числа критериев подобия, что затрудняет их использование при моделировании процесса разрушения. Задача о разрушении тела с трещиной в условиях плоской деформации существенно упростилась после того, как удалось описать поля деформации и напряжений у вершины трещины с помощью единственного параметра К — коэффициента интенсивности напряжений. Это позволило рассматривать распространение трещины в условиях плоской деформации как автомодельный процесс [6, 32]. [c.44]

Решение задач механики деформируемого тела для областей с разрезами (трещинами) связано с известными математическими трудностями вследствие наличия особых (сингулярных) точек. Большинство этих задач эффективно может быть решено только с применением ЭВМ. Среди вычислительных методов в задачах механики разрушения в настоящее время наиболее широкое распространение получил метод конечных элементов (МКЭ). Произошло это вследствие универсальности метода, хорошо разработанной теории и наличия значительного количества вычислительных программ, реализующих МКЭ. Немаловажным обстоятельством является то, что конечный элемент представляет собой объект хорошо понятный инженеру, что особенно полезно при моделировании таких явлений, как развитие трещины. [c.82]

Рассмотренная методология позволяет управлять процессом распространения усталостных трещин в эксплуатации и осуществлять моделирование этого процесса при сложном многопараметрическом эксплуатационном нагружении. Прежде чем рассмотреть этот вопрос, покажем принципиальную возможность аналогичного описания кинетики усталостных трещин и при других параметрах цикла нагружения. [c.336]

Пока какого-либо физического объяснения постоянной / о не предложено, тем не менее ее использование для моделирования пороговых условий распространения малых трещин оказалось весьма эффективным (см. данные, представленные на рис. 52). Поскольку использование / о было обусловлено необходимостью устранения несоответствия между экспериментальными данными и концепциями механики сплошных сред, можно ожидать, что этот параметр должен быть связан с длиной элементов микроструктуры материала. Для стали SA G40-11 значение / о = 0,24 мм, что значительно превышает размер любого элемента микроструктуры. [c.174]

Для анализа распространения и остановки трещин широко применяются конечно-разностные методы и метод конечных элементов. Здесь наблюдается тенденция к использованию численных методов и ЭВМ не только для решения сложной краевой задачи, но и с целью моделирования процесса микроразрушения в области, примыкающей к концу трещины, и установления таким путем особенностей развития макроразрушения. Эти исследования представляются многообещающими. [c.7]

РАСЧЕТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ОСТАНОВКИ ТРЕЩИНЫ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРОРАЗРУШЕНИЯ В ЕЕ ВЕРШИНЕ 1) [c.120]

Большой цикл работ сборника посвящен различным аспектам механики разрушения. Наряду с феноменологическими критериями разрушения и прочности неоднородных материалов рассматриваются вопросы разрушения в рамках решеточных моделей. Приведены результаты моделирования процессов усталостного, динамического разрушения, а также процесса распространения ударных волн при дискретном моделировании материала. Уделено внимание закономерностям разрушения тел с трещинами и дефектами в условиях сжатия и сложного нагружения, изучены некоторые вопросы разрушения при наличии фазовых переходов. [c.3]

В работе [9] (1964) вводится универсальная функция коэффициента сцепления. Рассматриваются вопросы распространения равновесных трещин, построения предельной поверхности параметров нагружения Xi, моделирования при хрупком разрушении. [c.403]

В 1970 г. В. В, Болотиным предложена математическая модель процесса разрушения [15, 16] композитных материалов со случайной структурой. Разрушение трактуется как случайный процесс с дискретным множеством состояний и непрерывным временем. Существенным элементом теории является моделирование процесса распространения макроскопической трещины как случайного процесса. Рассматривается вопрос о выборе пространства состояний и о разумном сокращении размерности этого пространства, о связи между переходными вероятностями и функциями распределения локальной прочности. Экспериментальная проверка теории на основе стохастической модели проведена на примере изучения процесса разрушения армированных пластиков. [c.267]

Как известно, в методе конечных элементов рассматриваемое тело (область) или конструкция представляется в виде набора конечных элементов. При моделировании распространения трещины возможны два подхода, основанные на использовании стационарных (неперестра-ивающихся) и движущихся (перестраиваюидахся) схем разбивки на элементы, а внутри зтих подходов также есть различные методики расчета динамических коэффициентов интенсивности. [c.75]

Нео бходимость в использовании упрощающих континуальных предположений для по- лучения математического решения в значительной степени отпадает при наличии больших ЭВМ. Сейчас возможно более реальное моделирование распространения трещины. К сожалению, большинство исследователей, использующих большие ЭВМ, для решения задач механики разрушения, склонны концентрировать внимание- на более точном учете геометрии и вносят мало Дополнительных усовершенствований в моделирование процесса разрушения. В результате недостаточно быстро возрастает наше понимание физического смысла трещиностойкости и того, каким образом она зависит от микроструктуры, скорости деформации, температуры и т. д. Проникание в эти области может быть наи-лучшим образом достигнуто благодаря разработке расчетных моделей, детально описывающих реальный процесс разрушения. [c.122]

Рассмотрим принципиальную возможность моделирования влияния пластического деформирования на 5с, исходя из увеличения сопротивления распространению микротрещины в результате эволюции структуры материала в процессе нагружения. Можно предположить, по крайней мере, две возможные причины увеличения сопротивления распространению трещин скола в деформированной структуре. Первая — это образование внут-ризеренной субструктуры, играющей роль дополнительных барьеров (помимо границ зерен), способных тормозить мнкро-трещину. Наиболее общим для широкого класса металлов структурным процессом, происходящим в материале при пластическом деформировании, является возникновение ячеистой, а затем с ростом деформации — фрагментированной структуры [211, 242, 255, 307, 320, 337, 344, 348, 357, 358]. Второй возможный механизм дополнительного торможения микротрещин — увеличение разориеитировок границ, исходно существующих взернз структурных составляющих (например, перлитных колоний). Первый механизм, по всей вероятности, может действовать в чистых ОЦК металлах с простой однофазной структурой. Второй, как можно предполагать,— в конструкционных сталях. [c.77]

НДС, что соответствует условию Т =1 с [J рассчитывается с учетом кинетической энергии по формуле (4.81)], осуществлялись старт трещины и ее распространение в условиях возрастания внешней нагрузки (рис. 4.29,а). Критерием продвижения трещины является соблюдение автомодельности НДС в ее вершине, которое осуществляется путем выбора СРТ v dLldx. Расчет НДС осуществлялся МКЭ в динамической упругопластической постановке, моделирование развития трещины производилось в соответствии с методом, изложенным в подразделе 4.3.1. Кинетика НДС, v и Г -интеграла, вычисленного для различных типов контуров интегрирования, представлена на рис. 4.29. Видно, что для обеспечения условия автомодельности НДС в вершине движущейся трещины скорость ее роста v должна непрерывно возрастать (при данном характере нагружения). Зависимости T AL) имеют те же особенности, что и в случае квазистатического нагружения. Наиболее стабильное поведение имеет величина Т, что позволяет использовать ее [c.263]

Для моделирования процесса развития трещины в случае одно-осио нагруженных образцов и деталей простой формы использовали программу SIPROP 51 (моделирование распространения), представленную иа рис. 5 в виде подпрограммы. Эта программа слу- [c.275]

О предсказании развития усталостного повреждения на основе моделирования процесса зарождения и распространения трещин / Аргириаде И., Шульц Т., Сафта В.— В кн. Механическая усталость металлов Материалы VI Междунар. коллоквиума. Киев Наук, думка, 1983, с. 271—278. [c.432]

Строгое математическое исследование процесса динамического роста трещины в твердом теле можно осуществить лишь для простейших геометрий и простейших видов нагружения. ТакогО рода работы оказали решающее влияние на выявление основополагающих принципов в данной области. Однако уровень детализации, необходимый для разделения чисто геометрических эффектов и эффектов, обусловленных свойствами материала,, в опытах по распространению трещины или при попытке предсказать характер распространения трещины в данном материале 11едостижим при использовании строгих математических методов. Таким образом, особую важность приобретают исследования динамического роста трещины в материалах, осуще--ствляемые путем моделирования на ЭВМ, в том числе с применением вычислительных программ большого объема. Характер моделей, развитых к настоящему времени для исследования процессов разрушения, в значительной степени зависит от характера вычисляемых величин хорошо зарекомендовали себя дискретные системы, построенные при помощи методов конечных разностей, методов конечных элементов или моделирования атомно-молекулярной структуры материала. Ниже приведены иллюстрации применения таких систем. [c.119]

Итак, ясно, что идеализированная модель разрушения характеризуется рядом недостатков, которые следует учитывать в случае применения динамической механики разрушения для инженерной практики. В то же время зта модель является практически единственной, позволяющей дать описание распространения фронта разрушения на макроуровне. Исходя из сказанного выше, можно предположить, что хотя вдеализированная модель непригодна для вывода критериев разрушения (т. е. критериев старта, остановки, распространения, искривления, ветвления), она вполне пригодна в тех случаях, когда основные характеристики процесса разрушения (скорость трещины, условия старта и остановки и т. д.) известны из эксперимента и требуется рассчитать напряженное состояние или вьшолнить моделирование роста трещины. Таким образом, в динамической механике разрушения особое значение приобретают смешанные аналитико-экспериментальные и численно-экспериментальные подходы. [c.8]

Необходимо отметить подобие зависимости, приведенной на рис. 5.4, а, с зависимостью трещиностойкости мягкой стали от скорости разрушения. Минимальная трещиностойкость для этого материала достигается при скорости распространения трещины 0,16с2- Все сказанное говорит в пользу возможности моделирования процессов разрушения на полимерах. [c.126]

Расчет Ki с приемлемой точностью без использования специальных элементов предполагает такие мелкие сетки, что становится очевидной необходимость лучшего моделирования напряженно-деформированного состояния в окрестности вершины. На начальном этане использования МКЭ в механике разрушения предпринимались попытки обойтись без специальных элементов в прямых методах (например, двухступенчатый расчет на грубой сетке определяются перемеп] ения для всего тела, затем рассчитывается малая область у вершины трещины с граничными условиями, полученными из первого расчета). Однако это не нашло широкого распространения из-за сложности достижения требуемой точности. [c.89]

При математическом моделировании процесса ветвления возникают серьезные трудности, так как его описание должно содержать и статистические, и детерминированные характеристики. Представляется обоснованным такой подход к разработке критериев ветвления, при котором критерии объединяют условия отклонения трещины от первоначальной (прямолинейной) траектории (достаточное условие) с условием достижения коэффициентом интенсивности напряжений критического значешя (необходимое условие). Условия же, при которых трещина отклоняется от первоначального направления распространения (критерии отклонения), достаточно подробно описаны в работах [ 28, 311. [c.173]

Недавно был разработан [4] аналитический подход для раздельного рассмотрения двух основных процессов растрескивания матрицы (когда они не связаны друг с другом). Подход основан на методе упругого слоя [5] и классической теории механики разрущения [6]. Критерий материала, определяющий микро-макро-переход, связанный с возникновением отдельной трещины в матрице, формируется с помоио.ю представления об эффективных дефектах материала. Предполагается, что эффективные дефекты имеют макроскопический размер и характеризуют основные свойства материала, образованного из слоев. В этом заключается целесообразный способ аналитического учета существования дефектов в реальном материале и их влияния на возникновение трещины в матрице. Кроме того, предположение о распределении эффективных дефектов дает возможность описать растрескивание матрицы в различных местах материала. Метод механики разрущения используется для выбора необходимого критерия с целью описания распространения отдельных трещин в матрице, тогда как метод упругого слоя применяется для вычисления трехмерного поля напряжений в различных слоях композита. Стохастический метод моделирования, основанный на данном подходе, представлен в работе [7] для внутрислойных трещин в матрице. [c.93]

Моделирование различных стадий развития коррозии показало, что питтинги при постоянном воздействии активных хлор-ионов углубляются, образуют скопления, сливаются в язвины и оспины. При наличии на рабочей поверхности рисок от механической обработки питтинги располагаются вдоль линий механических напряжений, образуя впоследствии поверхностные коррозионно-усталост-ные трещины. Распространение процесса растворения металла вглубь приводит к образованию ножевых трещин. Наличие таких дефектов неоднократно отмечалось на направляющих и рабочих лопатках компрессора ГТК-25И после снятия с их поверхности эксплуатационных загрязнений. При этом окисленный слой на поверхности лопаток затрудняет визуальный контроль и отбраковку. Недооценка же коррозионного механизма изнашивания металла поверхностного слоя в процессе эксплуатации грозит реальной опасностью их разрушения. [c.127]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...