Nasibullin_VKR_10_06

для создания цифрового двойника образца с использованием численного моделирования на основе экспериментальных данных по внецентренному растяжению компактного образца с трещиной.

ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПРИ СОЗДАНИИ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА ОБРАЗЦА С ТРЕЩИНОЙ

сооружений. Они распространены повсеместно. Так же в г. Томск разрабатываются программные комплексы, которые способны автоматически идентифицировать трещины, а так же наблюдать за ними в конструкциях.
Для полной картины описания НДС трещины необходимо знать параметры, описывающие трещиностойкость, поэтому крайне важно понять механизмы разрушения конструкций, подвергающихся образованию трещин и анализировать передовые критерии трещиностойкости на основе механики разрушения для оценки структурной целостности с целью создания цифрового двойника на основе сертифицированного программного обеспечения, чем и обусловлена актуальность данной работы.

растяжении было использовано 4 метода исследования.

- Эксперимент на растяжение плоских образцов
- Эксперимент на растяжение компактных образцов с предварительно наведенной трещиной
- Численное моделирование задачи о исследовании НДС компактного образца при внецентренном растяжении
- Методика создания цифрового двойника компактного образца с использованием результатов обработки оптических изображений.

3

сплава Д16.

4

Фотография образца на растяжение с контактным экстензометром

а – чертеж плоских образцов; б – внешний вид шлифованных образцов
Рисунок 1 – Внешний вид плоских образцов для проведения испытаний по одноосному растяжению исследуемого сплава Д16

механических свойств сплава.

Эксперимент на растяжение плоских образцов из алюминиевого сплава Д16

7

σ-ε диаграммы для инженерных (черный цвет) и истинных (красный) значений пластического поведения образца.

Рисунок 4 - Нахождение коэффициента деформационного упрочнения.

наведенной трещиной

9

с датчиком усилия Динаселл, контактным экстензометром и датчиком раскрытия Кистлер в соответствии с ASTM стандартом. Во время проведения эксперимента образец подвергался внецентренному растяжению с автоматической регистрацией диаграммы нагрузка-раскрытие берегов надреза образца. Эксперимент проводился до достижения нагружающего усилия 9100 Н – стараясь не допустить роста трещины.

Эксперимент на растяжение компактных образцов из алюминиевого сплава Д16 с предварительно наведенной трещиной

10

Рисунок 5 - Фотография компактного образца в захватах испытательной машины во время проведения эксперимента и его чертеж

наведенной трещиной

Рисунок 6 – Диаграмма нагрузки – раскрытия берегов надреза образца

 

Рисунок 7 - Зависимости изменения величины К1с и J-интеграла от приложенного усилия

11

растяжении

12

образца

Рисунок 8 - Сеточная модель образца

уравнений в рамках подхода механики сплошной среды, которые включают в себя:
Уравнения равновесия:
(1)
Соотношений Коши, описывающих связь между компонентами вектора перемещений и компонентами тензора деформации:
Закон Гука:
(2)
где ???=?11+?22+?33, ? и ?− коэффициенты Ляме, ???− символ Кронекера.
Прямой метод вычислений предполагает непосредственное нахождение J-интеграла по зависимости
(3)
где Г — контур, охватывающий вершину трещины, начинающийся на нижней части поверхности трещины и заканчивающийся на верхней; ? – плотность энергии деформации; − удельная потенциальная энергия деформации (в точке контура);

УСЛОВИЯ

Рисунок 9 - Конечно элементная модель

Математическая постановка задачи

Рисунок 10 - Схематическая диаграмма аппроксимации

БИЛИНЕЙНАЯ АППРОКСИМАЦИЯ

интенсивности напряжений в компактном образце при максимальном нагружающем усилии 9100 H

Рисунок 12 - Зависимость изменения величин К1с и J-интеграла от приложенных усилий

компактного образца. Численное моделирование.

Верификация созданной модели для растяжения компактного образца.

изображений.

руководством профессора Панина С.В. реализован лабораторный макет системы технического стереозрения (СТСЗ), который включает две цифровые фотокамеры Canon EOS 700D, закрепленные на штанге с возможностью регулировки расстояния и угла между камерами (без использования дополнительных модулей).

Рисунок 14 - Лабораторный макет системы технического стереозрения

Методика создания цифрового двойника компактного образца с использованием результатов обработки оптических изображений.

[Любутин П.С., Панин С.В., Титков В.В., Еремин А.В., Сундер Р. Развитие метода корреляции цифровых изображений для изучения процессов деформации и разрушения конструкционных материалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – No 1. – С. 87-107. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.08]

изображений, моделирование.

Рисунок 15 – Отображение поля реперных точек на образце

Рисунок 16 – Увеличенное изображение участка поля реперных точек на образце

изображений.

Рисунок 17 – Тестовая модель цифрового двойника для анализа

Таблица 3 – Значения J-интеграла для различного шага реперных точек

создания цифрового двойника компактного образца с использованием результатов обработки оптических изображений.

Через уравнения перемещений контактного датчика построена зависимость J-интеграла от нагрузки в разных условиях.

цифрового двойника, позволяющая оценить напряженно-деформированное состояние в области трещины с применением метода цифровой корреляции изображений во времени без использования контактных методов.
Проверена адекватность данного цифрового двойника путем сравнения результатов экспериментов при одновременном использовании контактного экстензометра и путем фотографирования области трещины.
Описан алгоритм создания цифрового двойника для использования в дальнейшем на практике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

23