NUMERICAL AND EXPERIMENTAL METHODS FOR DETERMINING THE PARAMETERS OF GENERALIZED MODELS OF DAMAGED VISCO-PLASTIC MEDIA IN PREDICTING DURABILITY

In this work, the processes of strain hardening and fracture are based on the combination of physically nonlinear stress-strain states at the mesolevel with models of phase field fracture. The combination of these models allows for the description of the degradation of the material's mechanical properties and its progression to critical states. Unlike classical approaches based on Rabotnov-Kachanov type models, phase field models allow predicting durability not only at the stage of defect initialization but also at the stage of crack growth. The physically nonlinear environment includes combined isotropic and kinematic hardening with the viscous response of the material. Isotropic hardening is described by the Voce exponential function, while kinematic hardening is described by the Chaboche model. The viscous response of the material (creep) is described by the Norton power law. The effects of local multiaxial stress-strain states and their influence on fracture resistance parameters are described by the models proposed by Bai and Wierzbicki. The application of the described approach significantly simplifies the applicability of methods for predicting the durability of real structural elements and provides satisfactory prediction accuracy. The complex methodology for determining parameters proposed in this work allows us to obtain the parameters of individual models included in the final system of equations without reference to a specific combination of constitutional equations. The methods for determining parameters considered in this paper will also remain valid when changing the set of constitutional equations. Particular emphasis in this work is placed on the limitations of the proposed approach for predicting the durability of real structural elements.

ЧИСЛЕННО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБОБЩЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОВРЕЖДЕННОЙ ВЯЗКОПЛАСТИЧНОЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

В данном исследовании моделирование процессов упругопластического деформирования и разрушения происходит на основе объединения реологических моделей состояния физически нелинейной среды на мезоуровне с моделями фазовых полей разрушения. Компиляция моделей реологии среды и моделей фазовых полей разрушения позволяет описать деградацию прочностных характеристик материала и достижение им критических состояний. В отличие от классических подходов механики поврежденной среды Работнова – Качанова, модели фазовых полей позволяют прогнозировать долговечность не только на стадии инициализации макродефекта, но и на стадии роста трещины. В рамках физической нелинейности среды рассматривается комбинированное изотропное и кинематическое упрочнение с вязким откликом материала. Изотропное упрочнение описывается аппроксимирующим уравнением Voce, кинематическое моделью Chaboche. Вязкий отклик материала описывается степенной зависимостью Нортона. Учет локальной многоосности напряженно-деформированного состояния и его влияния на предельные характеристики сопротивления разрушению происходит на основе моделей, предложенных Вао – Wierzbicki. Использование описанного подхода позволяет существенно упростить применимость методов к оценке остаточной долговечности реальных элементов конструкций с точки зрения численной реализации при удовлетворительной точности прогнозирования. Предлагаемая комплексная методология ставит одной из целей разработку таких методов, которые бы позволяли определять параметры отдельных моделей, входящих в итоговую систему уравнений без привязки к определенному сочетанию конституционных уравнений. Рассматриваемые в работе методы определения параметров будут оставаться справедливы также и при изменении набора конституционных уравнений. Особый акцент в работе поставлен на ограничения применения рассматриваемых модельных представлений для оценки долговечности реальных элементов конструкций.