Введение к работе
Актуальность темы. Бурный прогресс в области вычислительной техники и развитие методов расчета напряженно-деформированного состояния элементов конструкций обеспечили возможность более точного анализа критериев прочности при неоднородном напряженном состоянии. Дело в том, что классические условия прочности сформулированы на основании экспериментальных исследований при различных видах однородного напряженного состояния. Однако в элементах конструкций, особенно в условиях концентрации напряжений, материал находится при неоднородном напряженном состоянии. Следовательно, в настоящее время, когда поля напряжений в зоне их концентрации в образцах конечных размеров можно вычислить достаточно точно, появилась возможность более точной экспериментальной проверки критериев разрушения при неоднородном напряженном состоянии.
Многими авторами было замечено, что образцы с концентраторами напряжений оказываются более прочными, чем этого следовало бы ожидать исходя из предположения, что разрушение этих образцов происходит тогда, когда максимальные напряжения достигают значений сопротивления отрыву при однородном напряженном состоянии. Таким образом, можно говорить о снижении разрушающей способности теоретических напряжений, вызванном неоднородностью поля напряжений в зоне их максимальных значений. Для описания экспериментальных данных в качестве меры неоднородности напряженного состояния чаще всего использовали модуль градиента того или иного эквивалентного напряжения. По этой причине некоторые критерии разрушения при неоднородном напряженном состоянии были сформулированы с использованием модуля градиента первого главного напряжения и названы градиентными. Помимо этих критериев были сформулированы и получили развитие интегральные критерии прочности типа Нейбера-Новожилова, основанные на использовании осредненных значений неоднородного поля напряжений.
Градиентный подход к вопросу о влиянии неоднородности напряженного состояния на разрушение в зоне концентрации напря-
1 5 >ОС- НАЦИОНАЛЬНАЯ j
3 еМБЛМОТІКА 1
жений, всесторонний анализ градиентных критериев разрушения, их возможности и недостатки, границы применимости и многие другие вопросы были рассмотрены в работах таких авторов как СВ. Сервисен, Н.Н.Афанасьев, A. Thum, F. Wunderiich, В.П. Когаев, B.C. Стреляев, A Bascoul, J.С. Maso, E.Z. Lajtai, М.Д. Новопашин, СВ. Сукнев, В.Д. Харлаб, М.А Леган и многих других. В настоящей диссертационной работе используется градиентный критерий разрушения в формулировке М.А. Легана.
Целью данной работы является экспериментальная проверка градиентного критерия разрушения при неоднородном распределении напряжений, выполнить которую предполагается путем испытания пенополистирольных пластин с концентраторами напряжений и сравнения экспериментальных данных и численных оценок разрушения.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
-
Применение градиентного критерия разрушения для оценки влияния дефектов в виде одиночных пор различных размеров на прочность материала при сложном напряженном состоянии.
-
Проведенные с целью проверки градиентного критерия прочности экспериментальные исследования разрушения пластин из пенополистирола марок ПСБ-15 и ПСБ-25 как при однородном напряженном состоянии, так и с различными концентраторами напряжений.
Научная новизна:
-
Использование в градиентном критерии эквивалентного напряжения из условия прочности Писаренко - Лебедева позволяет распространить градиентный поход на такие случаи расчета конструкций и сооружений, когда нужно учитывать различное сопротивление материалов разрушению в условиях растяжения и сжатия;
-
Получены диаграммы предельных состояний для материала с дефектами типа одиночных пор, зависящие от размеров имеющихся дефектов;
-
На основе использования полученных экспериментальных данных и численных расчетов М.А. Легана, А. С Шеремета показано, что градиентный критерий разрушения по сравнению с класси-
ческим (первая теория прочности) лучше описывает экспериментальные результаты по разрушению пенополистирольных пластин с отверстиями.
Практическая ценность работы. Создана вычислительная программа позволяющая оценить прочность материала, имеющего дефекты в виде одиночных сферических пор любого размера в условиях сложного напряженного состояния. Определены механические характеристики пенополистирола марок ПСБ-15 и ПСБ-25. Некоторые из этих характеристик регламентированы ГОСТ 15588-86, а другие ГОСТом не регламентированы и дают новую информацию о материале, широко применяемом в строительстве.
Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением с уравнениями, известными из линейной механики разрушения, использованием образцового динамометра для тарировки датчика усилия, а также статистическим анализом экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на IX конференции по прочности и пластичности (Москва, 1996), на Всероссийской школе-семинаре по современным проблемам механики деформируемого твердого тела (Новосибирск, 2003), на Международной конференции «Computer-Aided Design of Advanced Materials and Technologies» (Томск, 2003), на П Евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2004).
Публикации. Основные результаты исследований, изложенных в диссертации, опубликованы в 7 научных работах, не считая тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы 130 страниц основного текста.
