Слайд 3
РАСПРОСТРАНЕИЕ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН (МЕТОДЫ ЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ МЕХАНИКИ ТРЕЩИН)
Какова долговечность
после образования трещины?
Как составить график ремонтно-восстановительных работ для конструкции
с трещинами?
Метод анализа роста трещин основан на принципах линейно-упругой механики разрушения (LEFM)
Этот метод определяет зависимость КИН от размера трещины и дологовечности
Используется расчет цикл-за-циклом для определения долговечности
Часто используется в аэерокосмической отрасли, автомобильной промышденности, при изготовлении газотурбинных установок и т.д.
Слайд 4
ТРЕУГОЛЬНИК МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Интенсивность напряжений (K)
Напряжения (s)
Размер трещины (a)
Слайд 5
Конечный размер трещины (af)
Циклов до разрушения (Nf)
Начальный размер
трещины (ai)
Размах напряжений (DS)
ПРЯМОУГОЛЬНИК МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Слайд 6
КОЭФФИЦИЕНТЫ ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ
Трещина – это концентратор напряжений и
деформаций
Концентрация упругих напряжений
σmax = Ktσ
Kt=3
Kt=(1+2a/b)
b = 0 --> Kt
= ∞
Слайд 7
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТРЕЩИН
Слайд 8
МЕХАНИКА ТРЕЩИН
Коэффициент интенсивности напряжений KI
Общий вид K
K =
Yσ πa , где
Y = Y (a/w,
B, ... ) – функция согласования гемотрических размеров трещин
Слайд 9
ТИПИЧНЫЕ ФУНКЦИИ СОГЛАСОВАНИЯ
Сквозная трещина в бесконечной пластине
Y =
1
Краевая трещина в полубесконечной пластине
Y = 1.12
Краевая трещина в
пластине конечных размеров
Y = 1.12 - 0.231(a/w) + 10.55(a/w)2 - 21.72(a/w)3 + 30.30(a/w)4
Слайд 10
ЛИНЕЙНО-УПРУГАЯ МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ
Слайд 11
ЛИНЕЙНО-УПРУГАЯ МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ
Слайд 12
K – КАК ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗРУШЕНИЯ
В случае малой зоны
пластичности K хорошо описывает напряженное состояние у вершины трещины
Разрушение
происходит при достижении К некоторого предельного значения K = KIC (этот параметр характеризует вязкость разрушения материала)
K характеризует
Напряжения вокруг
Вершины трещины
Зона
разрушения
Пластическая
зона
Слайд 13
ДОПУЩЕНИЕ О МАЛОМАСШТАБНЫХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ
Размер пластической зоны:
Для того, чтобы выводы линейно-упругой механики разрушения
оставались справедливыми, размер пластической зоны должен быть достаточно малым по сравнению с длиной трещины и геометрическими размерами детали:
Слайд 15
МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РОСТА ТРЕЩИНЫ
Циклические пластические деформации
Коррозия
Слайд 16
АНАЛИЗ СКОРОСТИ РОСТА ТРЕЩИНЫ - ПОДОБИЕ
Эта трещина .
. . . . . . растет также быстро,
как и эта
В обоих случаях реализуются одинаковые коэффициенты
интенсивности напряжений
Слайд 17
ЭТАПЫ РОСТА ТРЕЩИН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ΔK
Слайд 19
ФАКТОРЫ, ВЛЯЮЩИЕ НА РОСТ ТРЕЩИН
Пластичность в вершине трещины
(эффект залечивания)
Средние напряжения цикла
Пороговая область (для низкого уровня нагружения
и коротких трещин)
Нагружение переменной амплитуды
Окружающая среда
Слайд 20
ЗОНЫ ПЛАСТИЧНОСТИ В ВЕРШИНЕ ТРЕЩИНЫ
Слайд 21
ПЛАСТИЧЕСКАЯ ЗОНА И ЭФФЕКТ ЗАЛЕЧИВАНИЯ
В процессе роста трещины
вокруг ее вершины развивается область пластических деформаций
Пластически деформированные участки
окружены остальным материалом, который находится в состоянии упругой деформации
В процессе разгружения наличие пластических зон приводит к тому, что берега трещины сходятся; в этом случае говорят, что наблюдается эффект залечивания
Эффект залечивания может быть вызван:
Большими перегрузками
Корозионными эффектами
Неровностями поверхности
Слайд 22
ЭФФЕКТ ПЕРЕМЕННОГО СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ЦИКЛА
Слайд 23
КОРОТКИЕ ТРЕЩИНЫ
Короткие трещины:
Не подвержены залечиванию.
В общем случае не
подчиняются законам линейной механики разрушения.
Обычно имеют завышенную оценку параметров
роста трещины по сравнению с длинными трещинами.
Замечание:
длинные трещины НЕ РАСТУТ, если ΔK меньше некоторого порогового значения ΔKth.
Слайд 24
НАГРУЗКИ С ПЕРЕМЕННОЙ АМПЛИТУДОЙ
Нагружение переменной амплитуды влияет на
рост трещин
Эффекты залечивания назависимо от механизма реализации приводят к
уменьшению размахов интенсивности напряжений
Слайд 25
ПАРАМЕТРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Учет влияния процесса корродирования приводит к
уменьшению долговечности (например в соленой воде трещины разрушаются быстрее,
чем в воздухе).
Наиболее благопритным в смысле влияния окружающей среды является вакуум.
Слайд 26
ВЫЧИСЛЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
Необходимо:
начальный размер трещины
конечный размер трещины
размах напряжений
уточнить K
кривая роста трещины
для материала
Слайд 27
ЗАКОНЫ, ОПИСЫВАЮЩИЕ РОСТ ТРЕЩИНЫ
Зависимостей для определения скорости роста
трещины в литературе встречается много:
Париса (наиболее известный метод)
Формана
Лукаса-Клеснила
Элбера
Уолкера
Вилера
Вилленборга
(MSC.Fatigue использует усовершенствованную версию этой модели)
Слайд 28
ПОДХОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭФФЕКТИВНОГО ΔK
Ключевым моментом в анализе
роста трещины MSC.Fatigue является замена истинного ΔK (расчитанного для
приложенной нагрузки) на эффективный ΔK (то есть движущая сила рассматривается непосредственно на фронте трещины)
Обычный метод
Метод, реализованный в MSC.Fatigue
Слайд 29
АЛГОРИТМ АНАЛИЗА РОСТА ТРЕЩИН В MSC.FATIGUE
Ввод следующего цикла
Расчет
истинного ΔK по справочным таблицам
Преобразование к эффективному ΔK для
Залечивания/коротких
трещин
Влияния концентраторов
Наличия зон статического разрушения
Эффектов истории нагружения
Эффектов окружающей среды
da = C ΔKeffm
a = a+da (если нет быстрого разрушения, то переходим к следующему циклу)
Слайд 30
РЕАЛИЗАЦИЯ В MSC.FATIGUE
Счетчик
циклов
TCY
MDB
Менеджер баз
данных по
материалам
Библиотека
Функций
согласования
KSN
Анализатор роста трещины
CRG
Слайд 31
РОСТ ТРЕЩИНЫ ЦИКЛ-ЗА-ЦИКЛОМ
Основные функции:
Поцикловый алгоритм
Последовательный по
времени подсчет циклов методом дождя
Влияние окружающей среды на
свойства материалов
Размер минимальных трещин по Китагава
Моделирование в пороговой области
Эффекты залечивания и замедления роста трещин
Орпеделяемая пользователем долговечность
Критерий разрушения – вязкость разрушения материала
Поверхностные или объемные трещины
Модифицированное уравнение Париса (модифицированная модель Вилленборга)
Слайд 32
КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДА
Идентификация критических зон и выбор режима
узел/элемент для номинальных напряжений
Орпеделение геометрических параметров трещины и выбор
функции согласования из библиотеки
Задание начального размера трещины
MSC.Fatigue расчитывает изменение размера трещины цикл за циклом до момента, когда происходит быстрое разрушение
При правильном определении всех параметров расчитанная долговечность должна отличаться от практически наблюдаемой не более чем в два раза
Слайд 33
ПРИМЕНЕИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА СКОРОСТИ РОСТА ТРЕЩИН MSC.FATIGUE
Проектировочный расчет
Планирование
испытаний
Составление регламента ремонтно-восстановительных работ
Исследование разрушения
Дополнительная информация при принятии решений
Слайд 34
РПИМЕР: АНАЛИЗ РОСТА ТРЕЩИНЫ
Проушина
Одна нагрузка
Слайд 35
АНАЛИЗ МЕТОДАМИ ЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Слайд 36
ОПРЕДЕЛИТЕ ТИП ТРЕЩИНЫ И ОТОБРАЗИТЕ ФУНКЦИЮ СОГЛАСОВАНИЯ
Слайд 38
ЭТАП ЗАДАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ
создайте группу “far_field” и
поместите в нее только узел № 223
