ЭФФЕКТЫ СЛАГАЕМЫХ ВЫСШЕГО ПОРЯДКА МАЛОСТИ В ОБОБЩЕННЫХ РЯДАХ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПОЛЕЙ, АССОЦИИРОВАННЫХ С ВЕРШИНОЙ ТРЕЩИНЫ В АНИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ. ЧАСТЬ 1. СРАВНЕНИЕ ТОЧНОГО И АСИМПТОТИЧЕСКОГО РЕШЕНИЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ У ВЕРШИНЫ ТРЕЩИНЫ

Сведения об авторах
  • Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Российская Федерация
  • Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Российская Федерация

Аннотация

Приводится анализ обобщенных на случай анизотропных линейно упругих сред асимптотических рядов, представляющих поля перемещений, деформаций и напряжений вблизи кончика острой трещины в анизотропных средах. Ключевой целью исследования является оценка механических полей в ближайшей окрестности вершины трещины в анизотропных материалах с простейшей кубической сингонией упругих свойств среды. Асимптотические ряды построены на основании классической теории упругости анизотропного тела. С помощью анализа рядов, ассоциированных с полями у вершины трещины, показано, что высшие приближения с коэффициентами, получившими название обобщенных коэффициентов интенсивности напряжений (ОКИН), оказывают значительное влияние на целостное представление поля напряжений при увеличении расстояния от кончика трещины. На примере плоской задачи для бесконечной анизотропной плоскости с кубической симметрией свойств (с различными тензорами упругих модулей, имеющими три независимых элемента) при различной ориентации трещины по отношению к осям симметрии упругих свойств показано, что в обобщенных рядах следует сохранять помимо первых двух слагаемых (содержащих коэффициенты интенсивности напряжений (КИН) и Т-напряжения) члены более высоких порядков малости. Построены угловые (θ-распределения) зависимости компонент тензора напряжений в плоской задаче для двух различных расстояний от острия трещины, с принятием во внимание различное количество слагаемых ряда. Простое визуальное сопоставление и анализ зависимостей компонент тензора от полярного угла, выстроенных с учетом различного числа слагаемых ряда, ясно указывают на необходимость удержания высших приближений ряда. В целях расширения области, в которой справедливо решение в рядах, необходимо сохранять большее количество слагаемых. Все вычисления проведены для реальных материалов, упругие постоянные которых определены с помощью метода молекулярной динамики для монокристаллических веществ с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой.

Ключевые слова

анизотропные средытеория упругости анизотропного телаортотропные материалыкубическая сингонияасимптотическое решениевлияние высших приближениймолекулярная динамика.

Литература

  1. 1.Nejati, M. Crack tip asymptotic fields in anisotropic planes: Importance of higher order terms / M. Nejati, S. Ghouli, R. Aytollahi // Applied Mathematical Modelling. – 2021. – Vol. 91. – P. 837–862. DOI: 10.1016/j.apm.2020.09.025 Scholar
  2. 2.Лекницкий, С.Г. Теория упругости анизотропного тела / С.Г. Лекницкий. – М.: Наука, 1977. – 416 с. Scholar
  3. 3.Bowie, O.L. Central Crack in Plane Orthotropic Rectangular Sheet / O.L. Bowie, C.E. Freese // International Journal of Fracture. – 1972. – Vol. 8(1). – P. 49–57. DOI: 10.1007/BF00185197 Scholar
  4. 4.Sih, G.C. On cracks in rectilinearly anisotropic bodies / G.C. Sih, P.C. Paris, G.R. Irwin // International Journal of Fracture. – 1965. – Vol. 1(3). – P. 189–203. DOI: 10/1007/bf00186854 Scholar
  5. 5.Carloni, C. Biaxial Load Effect on Crack Initiation for Orthotropic Materials / Carloni C., A. Piva, E. Viola // Meccanica. – 2004. – Vol. 39. – P. 331–344. DOI: 10.1023/B:MECC.0000029363.67419.80 Scholar
  6. 6.Sadd, M.H. Elasticity. Theory, Applications and Numerics / M.H. Sadd. – Amsterdam: Academic Press, 2020. – 624 p. Scholar
  7. 7.Васильев, В.В. Новое решение задачи о трещине в растягиваемой ортотропной пластине / В.В. Васильев, С.А. Лурье, В.А. Салов // Известия Российской академии наук. Механика деформируемого твердого тела. – 2021. – № 6. – С. 23–32. DOI: 10.31857/S0572329921060167 Scholar
  8. 8.Stepanova, L.V. Coefficients of the Williams power expansion of the near crack stress field in continuum linear elastic fracture mechanics at the nanoscale / L.V. Stepanova, O.N. Belova // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. – 2022. – Vol. 119. – 103298. DOI: 10.1016/j.tafmec.2022.103298 Scholar
  9. 9.Belova, O.N. Importance of the higher order terms of the Williams series expansions: Experimental Aspects and Finite Element Simulations / O.N. Belova, L.V. Stepanova // Procedia Structural Integrity. – 2022. – Vol. 39. – P. 770–785. DOI: 10.1016/j.prostr.2022.03.151 Scholar
  10. 10.Stepanova L., Bronnikov S. A computational study of the mixed-mode crack behavior by molecular dynamics method and the multi-parameter crack field description of classical fracture mechanics / L. Stepanova, S. Bronnikov // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. – 2020. – Vol. 109. – 102691. DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102691 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 1, 2025)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
23.04.2025
В выпуске
23.04.2025
Выпуск
№ 1 (2025)
Поделиться