Введение к работе
Актуальность проблемы
На всех этапах развития техники усталость конструкционных материалов остается одной из главных причин аварий, отказов машин, аппаратов и сооружений. Это обуславливает большой интерес исследователей к данной проблеме. Особенно велика роль усталостных повреждений н pivinmmi третий дли деталей и уиюі», испмтшишшіих вибрационные нагрузки. Во многих случаях узлы и конструкции продолжаю! успешно функционировать, несмотря на наличие н них усталостных трещин и трещиноподобных дефектов. Следовательно, конструкция для обеспечения надежности должна быть спроектирована с таким расчетом, чтобы ее способность воспринимать значительные наїрузки сохранялась даже при наличии трещин. В последние тридцать лет для моделирования роен» усталостных третин широкое применение получили поду^мпирические уравнения типа уравнения ГЬриса-Эрдогана. Однако остается необходимость построения моделей, позволяющих более глубоко проникнуть в физическую сущность явления. Сложность используемых моделей не позволяет получить аналитическое решение задачи. Для получения решения используется метод вычислительного эксперимента.
Цель диссертации
Исследовать рост трещин малоцикловой усталости, а также рост усталостных трещин при нестационарных режимах нагружения (с учетом перегрузок) на основе модели тонкой пластической зоны и аналитической механики разрушения.
Метод исследования
Для исследования роста усталостных трещин использовано сочетание аналитических методов и метода вычислительного эксперимента, позволяющее провести широкий параметрический анализ используемой модели.
Основные задачи:
Исследовать процесс роста плоской и дисковой трещин отрыва при стационарном нагружении. Получить диаграммы роста усталостных трещин. Проанализировать влияние начальных данных и параметров нагружения на скорость роста трещин при стационарном нагружении. Сравнить результаты расчета для различных моделей накопления повреждений, провести параметрический анализ моделей. Построить модель роста усталостных
трещин при нестационарном нагружении. Применить эту модель для описания особенностей распространения трещин при наличии перегрузок.
Научная новизна диссертационной работы
1. Описан рост трещины отрыва при стационарном режиме нагружения
с использованием модели тонкой пластической зоны. Рассмотренные
модели учитывают вес этапы роста усталостной трещины: предварительное
накопление повреждений перед началом роста трещины, страгивание
трещины, стадию устойчивого роста и ускорение роста трещины с
приближением финального разрушения.
2. Изучен рост трещины отрыва при кратковременных перегрузках.
Численная реализация модели удовлетворительно описывает эффекты,
связанные с кратковременными перегрузками, объясняя эти эффекты
влиянием остаточных напряжений и затуплением фронта трещины.
3. Описан рост дисковой трещины малоцикловой усталости с
использованием модели тонкой пластической зоны. Получены диагрммы
усталостного роста трещин, исследовано влияние параметров материала и
параметров нагружения на скорость роста трещин.
Практическая ценность работы
Результаты работы представлены в виде качественных и количественных выводов, а также в форме алгоритмов и программ, которые могут быть использованы при расчете конструкций, содержащих усталостные трещины, а также при истолковании экспериментальных данных.
Апробация работы
Результаты работы доложены на семинаре по динамике и прочности машин при Московском энергетическом институте (Техническом университете) в 1995 и 1996 гг. и опубликованы в работах |1, 2|.
Объем работы
Диссертация состоит из четырех глав, сводки результатов и перечня используемой литературы. Работа изложена на 120 стр. машинописного текста, содержит 46 рис. и 7 таблиц. Список литературы включает 85 наименований.