Прочность компактного образца из упругопластического структурированного материала

DOI: 10.34759/vst-2022-3-200-208

Авторы

Астапов Н. С.^*, Кургузов В. Д.^**

Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН), Новосибирск, Россия

*e-mail: nika@hydro.nsc.ru
**e-mail: kurguzov@hydro.nsc.ru

Аннотация

Разрушение компактного образца изучается с помощью подхода Нейбера–Новожилова и уточненной модели Леонова–Панасюка–Дагдейла с ненулевой шириной зоны предразрушения. Используется сдвоенный дискретно интегральный критерий прочности, так как в поле напряжений в окрестности вершины трещины есть особенность. В вершине реальной трещины записан критерий разрушения для предельной деформации, а в вершине модельной трещины дан критерий для нормальных напряжений. Проанализированы определяющие уравнения аналитической модели. Найдены компактные формулы для разрушающей нагрузки. В условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния построены графики квазихрупкого разрушения образца.

Ключевые слова:

хрупкое и квазихрупкое разрушение, сдвоенный критерий разрушения, упругопластический материал, средний диаметр зерна структурированного материала, предельная деформация

Библиографический список

1. Свирский Ю.А., Баутин А.А., Лукьянчук А.А., Басов В.Н. Приближенный метод решения упругопластической задачи // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 61-70. DOI: 10.34759/vst-2020-2-61-70

2. Бохоева Л.А., Курохтин В.Ю., Перевалов А.В., Рогов В.Е., Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Испытания элементов конструкций и узлов вертолета на усталостную прочность // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 7-16.

3. 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: Reports. 2014. Vol. 75, pp. 1–48. DOI: 10.1016/j.mser.2013.11.001

4. Zhu X.-K., Joyce J.A. Review of fracture toughness (G, K, J, CTOD, CTOA) testing and standardization // Engineering Fracture Mechanics. 2012. Vol. 85, pp. 1–46. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2012.02.001

5. Weißgraeber P., Leguillon D., Becker W. A review of finite fracture mechanics: crack initiation at singular and non-singular stress raisers // Archive of Applied Mechanics. 2016. Vol. 86, pp. 375-401. DOI: 10.1007/s00419-015-1091-7

6. Zhu X.K., Chao Y.J. Specimen Size Requirements for Two-parameter Fracture Toughness Testing // International Journal of Fracture. 2005. Vol. 135. No. 1, pp. 117-136. DOI: 10.1007/s10704-005-3946-3

7. Meliani M.H., Matvienko Y.G., Pluvinage G. Two-parameter fracture criterion (K_ρ,c-T_ef,c) based on notch fracture mechanics // International Journal of Fracture. 2011. Vol. 167. No. 2, pp. 173-182. DOI: 10.1007/s10704-010-9542-1

8. Newman J.C.Jr., Newman J.C.III. Validation of the Two-Parameter Fracture Criterion using Finite-Element Analyses with the critical CTOA fracture criterion // Engineering Fracture Mechanics. 2015. Vol. 136, pp. 131-141. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2015.01.021

9. Warren J.M., Lacy T., Newman J.C. Validation of the Two-Parameter Fracture Criterion using 3D finite-element analyses with the critical CTOA fracture criterion // Engineering Fracture Mechanics. 2016. Vol. 151, pp. 130-137. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2015.11.007

10. Богачева В.Э., Глаголев В.В., Глаголев Л.В. и др. Об одном подходе к оценке прочности адгезионного слоя в слоистом композите // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 2(64). С. 63–77.

11. Сукнев С.В. Нелокальные и градиентные критерии разрушения квазихрупких материалов при сжатии // Физическая мезомеханика. 2018. Т. 21. № 4. С. 22-32. DOI: 10.24411/1683-805X-2018-14003

12. Корнев В.М. Критические кривые разрушения и эффективный диаметр структуры хрупких и квазихрупких материалов // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16. № 5. С. 25-34.

13. Kornev V.M., Kurguzov V.D. Sufficient discrete-integral criterion of rupture strength // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2001. Vol. 42. No. 2, pp. 328-336. DOI: 10.1023/A:1018896407455

14. Kurguzov V.D., Astapov N.S., Astapov I.S. Fracture model for structured quasibrittle materials // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2014. Vol. 55. No. 6, pp. 1055-1065. DOI: 10.1134/S0021894414060182

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

16. Dugdale D.S. Yielding of steel sheets containing slits // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1960. Vol. 8. No. 2, pp. 100-104. DOI: 10.1016/0022-5096(60)90013-2

17. Neuber G. Kerbspannungslehre: Grundlagen für Genaue Spannungsrechnung (German Edition). – Berlin: Springer-Verlag, 1937. – 167 p.

18. Новожилов В.В. О необходимом и достаточном критерии хрупкой прочности // Прикладная математика и механика. 1969. Т. 33. № 2. С. 212-222.

19. Ковчик С.Е., Морозов Е.М. Т. 3. Характеристики кратковременной трещиностойкости материалов и методы их определения // Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие: В 4 т. – Киев: Наукова думка, 1988. – 434 с.

20. Ито Ю., Мураками Ю., Хасебэ Н. и др. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: в 2 т. / Пер. с англ. В.И. Даниленко; Под ред. Р.В. Гольдштейна, Н.А. Махутова. – М.: Мир, 1990. – Т. 1. – 448 с.

21. Anderson T.L. Fracture mechanics: fundamentals and applications. – CRC Press: London, 2005. – 640 p.

22. Gross D., Seelig T. Fracture Mechanics: With an Introduction to Micromechanics (Mechanical Engineering Series). – Springer: Berlin, 2006. – 333 p.

23. Саврук М.П. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие в 4 т. Т. 2. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. – Киев: Наукова думка, 1988. – 619 c.

24. Либовиц Г. (ред.) Разрушение. Том 2. Математические основы теории разрушения. – М.: Мир, 1975. С. 204-335.