ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМЫХ ТЕЛ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ С УЧЕТОМ СТАТИСТИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Сведения об авторах
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация

Аннотация

Решение проблемы обеспечения прочности и безопасности ответственных конструкций требует изучения их механического поведения не только в условиях нормальной эксплуатации, но и при реализации процессов разрушения на структурном уровне. Для численного моделиро- вания процессов разрушения применяются различные методы, одним из широко используемых является подход, связанный с редуцированием жесткости конечных элементов при выполнении критерия разрушения. При данном подходе важным является учет неоднородности распределе- ния прочностных характеристик структурных элементов в объеме тела. В работе проведено численное исследование процессов разрушения тел с концентратора- ми напряжений при учете стохастичности распределения прочностных характеристик структур- ных элементов. Приведена постановка краевой задачи деформирования и разрушения и алго- ритм ее решения методом конечных элементов. На примере решения типовой задачи изучено влияние геометрии концентратора напряжений и характерного размера зоны повреждения на поведение тела на макроуровне, его несущую способность и кинетику процесса накопления повреждений. Отмечена реализация закритической стадии деформирования на макроуровне при высоком значении разброса прочностных характеристик. Выявлено наличие порогового значения дисперсии распределения пределов прочности структурных элементов, по достижении которого концентратор напряжений перестает влиять на процесс разрушения. Отмечена существенная зависимость результатов численного моделирования от характерного размера зоны разрушения и целесообразность подбора данного параметра путем сопоставления полученных результатов с экспериментальными данными. Сделан вывод о рациональности учета неоднородности рас- пределения прочностных характеристик структурных элементов при изучении процессов разру- шения конструкций.

Ключевые слова

разрушениеметод конечных элементовчисленное моделированиеконцентратор напряженийраспределение прочностных характеристик.

Литература

  1. 1.The effect of stress concentrations on the fracture strength of polymethylmethacrylate / D. Taylor [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2004. – Vol. 382(1-2). – P. 288–294. DOI: 10.1016/j.msea.2004.05.012 Scholar
  2. 2.Plastic stress concentration effects in fatigue strength / M. Liu [et al.] // International Journal of Fatigue. – 2023. – Vol. 168, no. 107394. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2022.107394 Scholar
  3. 3.Gorunov, A.I. Effect of stress concentrators on fracture resistance of specimens fabricated by direct metal laser sintering / A.I. Gorunov, O.V. Kudimov, A.Kh. Gilmutdinov // Engineering Failure Analysis. – 2022. – Vol. 131, no. 105900. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105900 Scholar
  4. 4.Effect of stress concentrator shape on impact fracture mechanisms of 17Mn1Si steel / S.V. Panin, P.O. Maruschak, I.V. Vlasov, O. Prentkovskis // 15th International scientific conference “Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development: Procedia Engineering. St. Petersburg, 2016. – Vol. 165. – P. 1925–1930. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.03.097 Scholar
  5. 5.The Analysis of Stress Raisers Affecting the GFRP Strength at Quasi-Static and Cyclic Loads by the Theory of Critical Distances, Digital Image Correlation, and Acoustic Emission / D. Lobanov [et al.] // Polymers. – 2023. – Vol. 15, no. 2087. DOI: 10.3390/polym15092087 Scholar
  6. 6.Kostina, A. A Non-local Damage Model for Brittle Fracture in Metallic Structures with Stress Concentrators / A. Kos- tina, A. Terekhina, O. Plekhov // 2nd International Conference on Structural Integrity: Procedia Structural Integrity. Funshal, 2017. – Vol. 5. – P. 302–309. DOI: 10.1016/j.prostr.2017.07.175 Scholar
  7. 7.Liu, H. 3D stress concentration around circular hole under remote biaxial loading / H. Liu, L. Deng, W. Wang // International Journal of Mechanical Sciences. – 2024. – Vol. 268. – No. 109032. DOI: 10.1016/j.ijmeesci.2024.109032 Scholar
  8. 8.Experimental and numerical study on the in-plane bending behaviour of FRP-strengthened steel tubular welded T-joints / R. Rashnooie, M. Zeinoddini, E. Ghafoori, M. Sharafi // Thin- Walled Structures. – 2024. – Vol. 201(A), no. 112000. DOI: 10.1016/j.tws.2024.112000 Scholar
  9. 9.Frantziskonis, G. The effects of stress concentrators on strength of materials at nanoscale: A molecular dynamics study / G. Frantziskonis, P. Deymier // Mechanics research communica- tions. – 2006. – Vol. 33(3). – P. 352–358. DOI: 10.1016/j.mechrescom.2005.06.011 Scholar
  10. 10.Frantziskonis, G. Surface effects at the nanoscale significantly reduce the effects of stress concentrators / G. Frantzis- konis, P. Deymier // Probabilistic Engineering Mechanics. – 2006. – Vol. 21(3). – P. 277–286. DOI: 10.1016/j.probengmech.2005.10.004 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 4, 2024)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
25.11.2024
В выпуске
25.11.2024
Выпуск
№ 4 (2024)
Поделиться