РАЗДЕЛ 19 РАСПРОСТРАНЕНИЕ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН

Содержание

Слайд 2

Слайд 3

РАСПРОСТРАНЕИЕ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН (МЕТОДЫ ЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ МЕХАНИКИ ТРЕЩИН) Какова долговечность после образования

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)

ТРЕУГОЛЬНИК МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

Интенсивность напряжений (K)

Напряжения (s)

Размер трещины (a)

Слайд 5

Конечный размер трещины (af) Циклов до разрушения (Nf) Начальный размер трещины

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

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

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТРЕЩИН

Слайд 8

МЕХАНИКА ТРЕЩИН Коэффициент интенсивности напряжений KI Общий вид K K =

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

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

ЛИНЕЙНО-УПРУГАЯ МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ

Слайд 11

ЛИНЕЙНО-УПРУГАЯ МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ

ЛИНЕЙНО-УПРУГАЯ МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ

Слайд 12

K – КАК ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗРУШЕНИЯ В случае малой зоны пластичности K

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

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 14

ЭТАПЫ РОСТА ТРЕЩИН

ЭТАПЫ РОСТА ТРЕЩИН

Слайд 15

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РОСТА ТРЕЩИНЫ Циклические пластические деформации Коррозия

МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РОСТА ТРЕЩИНЫ

Циклические пластические деформации
Коррозия

Слайд 16

АНАЛИЗ СКОРОСТИ РОСТА ТРЕЩИНЫ - ПОДОБИЕ Эта трещина . . .

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

ЭТАПЫ РОСТА ТРЕЩИН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ΔK

Слайд 18

ЭТАПЫ РОСТА

ЭТАПЫ РОСТА

Слайд 19

ФАКТОРЫ, ВЛЯЮЩИЕ НА РОСТ ТРЕЩИН Пластичность в вершине трещины (эффект залечивания)

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

ЗОНЫ ПЛАСТИЧНОСТИ В ВЕРШИНЕ ТРЕЩИНЫ

Слайд 21

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ЗОНА И ЭФФЕКТ ЗАЛЕЧИВАНИЯ В процессе роста трещины вокруг ее

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

ЭФФЕКТ ПЕРЕМЕННОГО СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ЦИКЛА

Слайд 23

КОРОТКИЕ ТРЕЩИНЫ Короткие трещины: Не подвержены залечиванию. В общем случае не

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

РПИМЕР: АНАЛИЗ РОСТА ТРЕЩИНЫ

Проушина
Одна нагрузка

Слайд 35

АНАЛИЗ МЕТОДАМИ ЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

АНАЛИЗ МЕТОДАМИ ЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

Слайд 36

ОПРЕДЕЛИТЕ ТИП ТРЕЩИНЫ И ОТОБРАЗИТЕ ФУНКЦИЮ СОГЛАСОВАНИЯ

ОПРЕДЕЛИТЕ ТИП ТРЕЩИНЫ И ОТОБРАЗИТЕ ФУНКЦИЮ СОГЛАСОВАНИЯ

Слайд 37

ЭТАП ОПИСАНИЯ НАГРУЖЕНИЯ

ЭТАП ОПИСАНИЯ НАГРУЖЕНИЯ

Слайд 38

ЭТАП ЗАДАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ создайте группу “far_field” и поместите в нее только узел № 223

ЭТАП ЗАДАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

создайте группу “far_field” и поместите в нее

только узел № 223
Слайд 39

ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА

ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА