Моделирование процесса разрушения сварных соединений

Аннотация

Проведено компьютерное моделирование распространения трещин в сварных соединениях и исследована их прочность при трещиноподобном дефекте в соединительном шве. Сварное соединение представляется в виде двухслойного структурированного композита, который содержит прямолинейную острую внутреннюю трещину нормального отрыва. Процесс разрушения такого композита описан с помощью модифицированной модели Леонова-Панасюка-Дагдейла, содержащей дополнительный параметр - поперечник зоны пластичности (ширину зоны предразрушения) в слое из наиболее слабого материала. В качестве модели материала выбран идеально упругопластический деформируемый материал, обладающий предельным относительным удлинением. К этому классу материалов относятся, например, низколегированные стали, применяемые в конструкциях, работающих при температурах ниже порога хладноломкости. Подробно анализируются такие биматериалы, у компонентов которых упругие характеристики совпадают, а прочностные свойства существенно различаются. В условиях маломасштабной текучести и при наличии сингулярной особенности поля напряжений в окрестности вершины трещины предлагается использовать двухпараметрический дискретно интегральный критерий прочности. Деформационный критерий разрушения формулируется для вершины реальной трещины, а силовой критерий для нормальных напряжений с учетом осреднения - для вершины модельной трещины. Длины реальной и модельной трещин отличаются друг от друга на размер зоны предразрушения. Так как прочностные характеристики сварного шва меньше аналогичных характеристик основного материала, то зона пластичности полностью располагается в слабейшем материале. Выполнено численное моделирование распространения зон пластичности в квадратных пластинах из биметалла при квазистатическом нагружении. Преимущество численной модели над аналитической состоит в том, что с ее помощью исследованы такие материалы, характеристики которых соответствуют режимам деформирования при маломасштабной и полномасштабной текучести слабейшего материала (материала сварного шва). Обнаружено, что результаты численных экспериментов хорошо согласуются с результатами расчетов по аналитической модели разрушения материала со структурой слабейшего из материалов при нормальном отрыве в режиме маломасштабной текучести. Получена оценка размеров пластической зоны в окрестности вершины трещины. Построены диаграммы квазихрупкого разрушения структурированного композита.