Критерий упругопластического разрушения структурированной пластины с острым V-образным вырезом

Авторы

  • Владимир Дмитриевич Кургузов Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Российская Федерация
  • Николай Степанович Астапов Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Российская Федерация; Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Российская Федерация

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.2.12

Ключевые слова:

V-образный вырез, критерии разрушения, коэффициент интенсивности напряжений, пластическая зона, диаграмма квазихрупкого разрушения, метод конечных элементов, компьютерное моделирование

Аннотация

Проведено компьютерное моделирование разрушения пластины конечных размеров с острым V-образным вырезом при нормальном отрыве. Процесс разрушения такого образца описан с помощью модифицированной модели Леонова-Панасюка-Дагдейла, использующей дополнительный параметр - поперечник зоны пластичности (ширину зоны предразрушения). В качестве модели материала деформируемого твердого тела выбран идеальный упругопластический материал, имеющий предельное относительное удлинение. К исследуемому классу относятся, например, низколегированные стали, применяемые в конструкциях, работающих при температурах ниже порога хладноломкости. В условиях маломасштабной текучести при наличии сингулярной особенности поля напряжений в окрестности вершины V-образного выреза, который в предельном случае может быть краевой трещиной, предлагается прибегать к двухпараметрическому дискретно интегральному критерию прочности. Деформационный критерий разрушения формулируется в вершине реального выреза, а силовой критерий для нормальных напряжений с учетом осреднения - в вершине специально вводимой модельной трещины. Выполнено численное моделирование распространения зон пластичности в прямоугольных пластинах при квазистатическом нагружении. Оценены размеры пластической зоны в окрестности вершины V-образного выреза. Методом конечных элементов получено выражение для обобщенного коэффициента интенсивности напряжений для трещины, растущей от вершины острого V-образного выреза. Обнаружено, что результаты численных экспериментов по прогнозированию разрушающей нагрузки хорошо согласуются с результатами расчетов по аналитической модели разрушения материалов со структурой при нормальном отрыве в режиме маломасштабной текучести. Построены диаграммы квазихрупкого разрушения образца из структурированного материала.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин. – М.: Наука, 1984. – 256 с.

Seweryn A. Brittle fracture criterion for structures with sharp notches // Eng. Fract. Mech. – 1994. – Vol. 47, No.5 – P. 673-681.

Williams M.L. Stress singularities resulting from various boundary conditions in angular corners of plates in extension // J. Appl. Mech. – 1952. – Vol. 19. – P. 526-528.

Seweryn A., Łukaszewicz A. Verification of brittle fracture criteria for elements with V-shaped notches // Eng. Fract. Mech.– 2002. – Vol. 69. – P. 1487-1510. DOI

Berto F, Lazzarin P. A review of the volume-based strain energy density approach applied to V-notches and welded structures // Theor. Appl. Fract. Mech. – 2009. – Vol. 52. – P. 183-194. DOI

Berto F, Lazzarin P. Recent developments in brittle and quasi-brittle failure assessment of engineering materials by means of local approaches // Materials Science and Engineering R. – 2014. – Vol. 75. – P. 1-48. DOI

Radaj D. State-of-the-art review on extended stress intensity factor concepts // Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. – 2014. – Vol. 37. – P. 1-28. DOI

Буледруа О., Элазизи А., Хадж Мельяни М., Плювинаж Ж., Матвиенко Ю.Г. Оценка Т-напряжений в образце в окрестности надреза V-образной формы с использованием двухпараметрической модели // ПМТФ. – 2017. – Т. 58, № 3. – С. 198-209. (English version DOI)

Васильев В.В., Лурье С.А. Новое решение плоской задачи о равновесной трещине // Изв. АН, МТТ. – 2016. – №5. – С. 61-67. (English version DOI)

Корнев В.М., Кургузов В.Д. Достаточный дискретно-интегральный критерий прочности при отрыве // ПМТФ. – 2001. – Т. 42, № 2. – С. 161-170. (English version DOI)

Корнев В.М., Кургузов В.Д. Достаточный критерий разрушения в случае сложного напряженного состояния принепропорциональном деформировании материала в зоне предразрушения // ПМТФ. – 2010. – Т. 51, № 6. – С. 153- (English version DOI)

Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения. – Самара: Самарский университет, 2001. – 632 c.

Астапов Н.С., Корнев В.М., Кургузов В.Д. Модель расслоения разномодульного материала с трещиной // Физическая мезомеханика. – 2016. – Т.19, №4. – С.49-57.

Carpinteri A., Cornetti P., Pugno N., Sapora A., Taylor D. A finite fracture mechanics approach to structures with sharp V‑notches // Eng. Fract. Mech. – 2008. – Vol. 75. – P. 1736-1752. DOI

Pathak H., Singh A., Singh I.V. Three-dimensional quasi-static interfacial crack growth simulations in thermo-mechanical environment by coupled FE-EFG approach // Theor. Appl. Fract. Mech. – 2016. – Vol. 86. – P. 267-283. DOI

Панин С.В., Титков В.В., Любутин П.С. Влияние величины шага сетки векторного поля перемещений на оценку деформации в методе корреляции цифровых изображений // ПМТФ. – 2017. – Т. 58, № 3. – С. 57-67. (English version DOI)

Леонов М.Я., Панасюк В.В. Развитие мельчайших трещин в твердом теле // Прикладная механика. – 1959. – Т. 5, № 4. – С. 391-401.

Dugdale D.S. Yielding of steel sheets containing slits // J. Mech. Phys. Solids. – 1960. – Vol. 8, no. 2. – P. 100-104. DOI

Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Партон В.З. Основы механики разрушения материалов. – Киев: Наукова думка, 1988. – 488 c.

Матвиенко Ю.Г. Модели и критерии механики разрушения. – М.: Физматлит, 2006. – 328 с.

Новожилов В.В. О необходимом и достаточном критерии хрупкой прочности // ПММ. – 1969. – Т. 33, вып. 2. – С. 212-222.

Кургузов В.Д., Астапов Н.С., Астапов И.С. Модель разрушения квазихрупких структурированных материалов // ПМТФ. – 2014. – Т. 55, № 6. – С. 173-185. (English version DOI)

Саврук М.П. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами // Механика разрушения и прочность материалов / Под общ. ред. В.В. Панасюка. – Киев: Наукова думка, 1988. – Т. 2. – 619 c.

Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. В 2-х томах. Под ред. Ю. Мураками. Т. 1. – Москва: Мир, 1990. – 448 с.

Carpinteri , Stern M, Soni M.L. On the computation of stress intensities at fixed-free corners // Int. J. Solid. Struct. – 1976. – Vol. 12. – P. 331-337.

Sinclair GB, Okajima M, Griffin JH. Path independent integrals for computing stress intensity factors at sharp notches in elastic plates // J. Numer. Meth. Engng., – 1984. – Vol. 20. – P. 999-1008.

Dunn M.L., Suwito W, Cunningham S., May C.W. Fracture initiation at sharp notches under mode I, mode II, and mild mixed mode loading // Int. J. of Fracture. – 1997. – Vol. 84. – P. 367-381.

Dunn M.L., Suwito W. Fracture initiation at sharp notches: correlation using critical stress intensities // Int. J. Solid. Struct. – 1997. – Vol. 34, no. 29. – P. 3873-3883. DOI

Chen D-H. Stress intensity factors for V-notched strip under tension or in-plane bending // Int. J. of Fracture. – 1995. – Vol. 70. – P. 81-97.

Корнев В.М., Демешкин А.Г. Квазихрупкое разрушение компактных образцов при наличии острых надрезов и U-образных вырезов // ПМТФ. – 2018. – Т. 59, № 1. – С. 138-152. DOI

Кургузов В.Д. Выбор параметров сетки конечных элементов при моделировании роста трещин гидроразрыва // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2015. – Т. 8. – № 3. – С. 254-263. (English version DOI)

Коробейников С.Н. Нелинейное деформирование твердых тел. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 262 c.

MARC Users Guide. A. – Santa Ana (CA): MSC.Software Corporation, 2017. – 980 p.

Загрузки

Опубликован

2018-07-23

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Кургузов, В. Д., & Астапов, Н. С. (2018). Критерий упругопластического разрушения структурированной пластины с острым V-образным вырезом. Вычислительная механика сплошных сред, 11(2), 148-161. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.2.12